РЕВЕНКО Юлій Іванович

УДК 631.363.25

УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ

І АГРЕГАТУ ДЛЯ ПРИГОТУВАННЯ КОМБІКОРМІВ

В УМОВАХ ГОСПОДАРСТВ

05.05.11 - машини і засоби механізації

сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному аграрному університеті Кабінету Міністрів України

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор

Бойко Анатолій Іванович,

Національний аграрний університет, професор кафедри стандартизації і ремонту машин

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Брагінець Микола Володимирович,

Луганський національний аграрний університет,

завідувач кафедри механізації тваринництва

кандидат технічних наук, професор

Дацишин Олександр Володимирович,

Національний аграрний університет, завідувач кафедри механізації переробки та зберігання сільськогосподарської продукції

Провідна установа – Національний науковий центр “Інститут механізації і електрифікації сільського господарства”, УААН, смт. Глеваха Васильківського району Київської області

Захист відбудеться “ 7 “ червня 2007 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.06 у Національному аграрному університеті за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв Оборони, 15, навчальний корпус № 3, кімн. 65

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аграрного університету за адресою: 03041, м. Київ-41, вул. Героїв Оборони, 13, навчальний корпус № 4, кімн. 28

Автореферат розісланий “ 27 “ квітня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради | Войтюк Д.Г.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми досліджень. Основою розвитку тваринництва є міцна кормова база, а висока ефективність галузі значною мірою зумовлюється раціональним використанням кормових ресурсів. Останнє, як відомо, можливе лише при згодовуванні кормів у підготовленому вигляді і забезпеченні збалансованої годівлі тварин. Збалансована ж годівля досягається включенням до раціонів комбікормів.

За нинішніх умов зростає актуальність приготування комбікормів безпосередньо в господарствах-виробниках тваринницької продукції із власної фуражної сировини і використання білково-мінерально-вітамінних добавок та преміксів промислового виробництва. Такий підхід до організації виробництва комбікормів економічно ефективний, оскільки дозволяє значно скоротити транспортні витрати, зменшити втрати кормів і створює передумови до розширення випуску диференційованих рецептур кормових сумішок для різних видів та вікових груп тварин. При цьому вартість комбікормів, приготовлених безпосередньо в господарствах, на 15-30 % нижче, ніж вироблених спеціалізованими підприємствами.

Стосовно технології приготування комбікормів в умовах господарств в Україні і за кордоном набуто певний досвід, розроблено і виготовляються стаціонарні та пересувні агрегати, в тому числі й малогабаритні. Проте вони за своїм технічним рівнем та техніко-економічними показниками не повністю відповідають сучасним вимогам виробництва, зокрема, за витратами ресурсів (енергетичних, трудових, економічних).

Передумовою зниження ресурсозатрат виробництва комбікормів є суміщення операцій, наприклад, транспортування і змішування, подрібнення-змішування тощо. Проте недостатньо наукових обґрунтувань цього плану, більше того, вони практично відсутні.

Слід зазначити, що неможливо зробити раціональний вибір орієнтуючись на якийсь один із критеріїв ефективності, не залежно від того, наскільки він важливий сам по собі. Ефективне виробництво і використання повноцінних комбікормів потребує комплексного вирішення організаційно-економічних, технологічних та інженерно-технічних завдань. В зв’язку з цим кінцеве рішення стосовно вибору того чи іншого варіанту технологічної схеми процесу і засобів механізації приготування комбікормів, визначення їх раціональних параметрів вимагає системного аналізу всіх техніко-економічних показників можливих альтернативних варіантів. Іншими словами, необхідно вирішувати багатокритеріальне завдання.

В зв’язку з відміченим виникає потреба в проведенні додаткових досліджень з метою інтенсифікації технологічного процесу і зниження ресурсозатрат на приготування комбікормів в умовах тваринницьких підприємств.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження за темою дисертації проведені відповідно до державної науково-технічної програми “Технічні засоби нового покоління сільськогосподарського виробництва“ і виконувались в координації з тематичними планами науково-дослідних робіт Національного аграрного університету:

- обґрунтувати технологію, дослідити і розробити комплект без- бункерного обладнання по приготуванню розсипних повноцінних комбікормів для використання його в існуючих і пристосованих приміщеннях сільсько-господарських підприємств (номер державної реєстрації 0196U013078), 1996-1999 рр.;

- обґрунтування структурної схеми та основних параметрів, розробка типорозмірного ряду дробарок кормів для малих і фермерських господарств (номер державної реєстрації 0100U002342), 2000-2004 рр.

Мета та завдання досліджень. Метою роботи є зниження ресурсовитрат і підвищення якості приготування комбікормів в умовах сільськогосподарських підприємств шляхом удосконалення технологічного процесу та засобів його здійснення.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі завдання:

- провести комплексну оцінку існуючих варіантів обладнання для приготування комбікормів і визначити його раціональні конструктивно-функціональні ознаки;

- обгрунтувати і розробити ресурсозбережну структурно-технологічну схему комбікормового агрегату;

- визначити раціональний типорозмір агрегату для приготування комбікормів;

- дослідити вплив основних параметрів дробарки-змішувача на показники якості і ефективності процесу одночасної переробки зернових компонентів;

- провести виробниче випробування і оцінити ефективність розроблених конструктивно-технологічних рішень та рекомендацій.

Об’єкти дослідження - технологічний процес одночасного подрібнення і змішування зернових компонентів та технічні засоби приготування комбікормів.

Предмет досліджень - встановити закономірності впливу параметрів молоткової дробарки на якість і ефективність одночасного подрібнення і змішування зернових компонентів, удосконалення комбікормового агрегату.

Методи досліджень - аналіз, узагальнення і багатофакторні експерименти з використанням відомих положень землеробської механіки та математичної статистики. Результати експериментальних досліджень обробляли на ПЕОМ за прикладними програмами STAT (ННЦ “ІМЕСГ” УААН) та STATISTICA-6.

Наукова новизна отриманих результатів:

- проведена комплексна оцінка варіантів і сформульовані раціональні принципи компонування агрегатів для виробництва комбікормів в умовах сільськогосподарських підприємств;

- обґрунтовані типорозміри кормоприготувальних агрегатів за принципами ресурсозбереження;

- описана умова узгодження пропускної здатності технологічних елементів комбікормового агрегату;

- одержані рівняння для розрахунку маси та моменту інерції зрівноваженого на удар молотка раціональної шестикутної форми, відносно осі його підвісу.

Практичне значення отриманих результатів. Удосконалена конструктивно-технологічна схема агрегату для приготування комбікормів безпосередньо в сільськогосподарських підприємствах. Визначені раціональні параметри молоткової дробарки-змішувача зернових компонентів для комбікормового агрегату.

Розроблений за вказаною схемою агрегат для приготування комбікормів в результаті суміщення операцій і оптимізації параметрів дробарки-змішувача забезпечує можливість знизити енергомісткість процесу в 1,8-2,0 рази та експлуатаційні затрати на 26 %.

Новизна технічних рішень, розроблених у співавторстві, підтверджується 5 патентами на винаходи способів і технічних засобів приготування кормів.

Особистий внесок здобувача полягає в: обґрунтуванні напрямку досліджень; проведенні теоретичного аналізу зв’язку основних параметрів в процесі роботи комбікормового агрегату; одержанні рівнянь для визначення маси та моменту інерції молотка шестикутної форми; розробці методик та проведенні експериментальних досліджень, аналізу і обробки одержаних даних.

В сумісно опублікованих працях за темою дисертаційної роботи доля здобувача становить від 40 до 60 %.

Апробація результатів досліджень. Результати досліджень по темі дисертації доповідались і були схвалені на щорічних конференціях професорсько-викладацького складу Національного аграрного університету (1996-2006 рр.); на ювілейній науковій конференції до 100-річчя НАУ „Механізація, електрифікація та автоматизація сільськогосподарського виробництва” (Київ - 1998); на Міжнародній науково-технічній конференції „Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (Глеваха - 2001); на ІІ Міжнародній науково-практичній конференції „Перспективи застосування технологій точного землеробства” (Київ - 2000); на ХІУ Міжнародній науково-технічній конференції „Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (Глеваха - 2006); на Міжнародній науково-практичній конференції „Аграрний форум - 2006” (Суми - 2006).

За темою дисертації опубліковано 8 наукових праць (7 з них у фахових виданнях, в тому числі 1 одноосібно) і одержано 5 патентів на винаходи.

Структура та обсяг роботи. Зміст дисертації викладено на 154 стор. друкованого тексту і включає вступ, 5 розділів, висновки, список використаних джерел (165 найменувань, з них 11 іноземними мовами) та 5 додатків; містить 11 таблиць і 49 рисунків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі дана загальна характеристика дисертації (обґрунтована актуальність теми, сформульовано мету і завдання досліджень, показано наукову новизну та практичну значимість роботи, рівень апробації та публікації одержаних результатів досліджень).

Перший розділ „Огляд стану питання” містить визначення ролі комбікормів при забезпеченні повноцінної годівлі тварин; огляд технологічних схем і комплектів обладнання для приготування комбікормів; аналіз матеріалів досліджень процесу і технічних засобів їх приготування в умовах сільськогосподарських підприємств.

Незбалансована годівля тварин та птиці веде до значного (іноді 3-5 разового) перевищення витрат кормів на одиницю вироблюваної продукції. Балансування і підвищення рівня годівлі здійснюється включенням до кормових раціонів комбікормів. Великі спеціалізовані підприємства (заводи, міжгосподарські цехи) характеризуються складністю технологічного оснащення і значною віддаленістю їх від тваринницьких господарств, що спричиняє значні транспортні витрати на доставку сировини та перевезення готових комбікормів. Все це зумовлює суттєве підвищення собівартості комбікормів і знижує зацікавленість з боку більшості сільскогосподарських підприємств.

Для умов господарств розроблені спрощені технологічно-конструкторські рішення комбікормових агрегатів на базі молоткових дробарок.

Дослідженням питань стосовно кормоприготування постійно приділялася і приділяється велика увага. В багатьох роботах розглядаються процеси подрібнення кормової сировини, дозування та змішування компонентів, обгрунтовуються методи розробки та визначення параметрів відповідних технічних засобів стосовно різних умов їх роботи.

Основним технологічним елементом агрегатів для приготування комбікормів безпосередньо в господарствах є молоткова дробарка. Різнопланові дослідження ефективності використання молоткових дробарок проведені С.В.Мельниковим, О.А.Єлисеєвим, І.І.Ревенком, О.Т.Галицьким, В.І.Сироваткою, М.С.Дорофєєвим, М.М.Казанцевим, О.М.Пилипенком, О.А.Сундєєвим, Г.І.Шубом та іншими.

Зокрема, досліджувалися питання ефективності роботи дробарок залежно від форми і параметрів молотків, їх маси та швидкості, діаметра робочої камери, ролі та конструктивних особливостей решіт, варіанти двостадійного подрібнення, а також з проміжним відділенням недоподрібнених фракцій і поверненням їх на повторну переробку, динаміки і експлуатаційної надійності машин тощо. В результаті цих досліджень сформульовані раціональні принципи конструктивно-технологічних схем дробарок, розроблені рекомендації щодо визначення основних параметрів.

Слід зазначити, що згадані дослідження та обґрунтовані за їх результатами положення стосується ефективності роботи молоткових дробарок стосовно подрібнення кормової сировини, в тому числі і як інгредієнтів комбінованих кормів.

В складі подрібнювально-змішувального агрегату молоткова дробарка розглядалася лише в дослідженнях С.Г.Карташова. Проте і в цій роботі дробарка використовується за прямим призначенням – послідовне подрібнення вихідних компонентів. Власне ж приготування комбікорму відбувається в бункерних змішувачах.

У всіх відомих роботах процеси і засоби подрібнення та змішування кормових компонентів досліджуювалися переважно розрізнено, без їх суміщення.

На можливість інтенсифікації процесу подрібнення-змішування інгредієнтів комбікормів в решітних молоткових дробарках згадується лише в роботі М.Фіялка.

В зв’язку з наведеним станом питання виникає доцільність у проведенні дослідження потокового процесу приготування комбікормів з одночасним подрібненням і змішуванням компонентів молотковою дробаркою.

У другому розділі “Передумови ресурсозбережного приготування комбікормів безпосередньо в господарствах” сформульовані раціональні принципи розробки машин для господарств малих форм, дана комплексна оцінка варіантів виробництва комбікормів, обґрунтовані удосконалена схема і ресурсозбережні типорозміри комбікормового агрегату, приведений аналіз його пропускної здатності, а також визначені маса і момент інерції молотка раціональної шестикутної форми.

Аналіз наявної науково-технічної інформації і попередньо проведені дослідження показали, що міні-техніка малоефективна і не має суттєвої перспективи у товарному виробництві, а також дозволили сформулювати основні раціональні принципи розробки та ефективного використання кормоприготувальних машин.

Характер залежностей ресурсовитрат на приготування кормів такий, що питомі показники енерго-, метало- та тру-домісткі найбільш інтенсивно зростають саме при ви-користанні мало- і мікропродуктивних машин. До за-гальновідомої і основної причини — зниження ко-ефіцієнта ефективності використання машин в міру зменшення їх продуктивності — додається ще й та, що в результаті спро-щення та зменшення габаритів машини ускладнюється, а часто й унеможливлюється повною мірою реалізація раціональних конструктивно-технологічних ознак та параметрів.

Проведений аналіз свідчить, що за критеріями ефективності ресурсовитрат при подрібненні зернових компонентів мінімально доцільна продуктивність машини становить 400-500 кг/год. Існуюча ж номенклатура засобів механізації кормоприготування для малих ферм переважно здатна забезпечувати продук-тивність. що в 3-4 рази нижчу від наведеного ефектив-ного рівня.

Раціональна конструктивно-технологічна схема агрегату для потокового приготування комбікормів розроблена за принципами використання блоків комбінованого призначення: живильники-дозатори вихідних компонентів, завантажувач-змішувач цих компонентів, подрібнювач-змішувач, розвантажувач-змішувач.

Для забезпечення стабільної роботи кормоприготувального агрегату необхідно дотримуватися узгодження пропускної здатності всіх його технологічних елементів (ланок). З технологічних міркувань часто виникають потреби: змінювати склад і співвідношення вихідних компонентів, які до того ж мають не постійні характеристики; регулювати крупність фракційного складу інгредієнтів комбікормів та тривалість їх змішування. Ці та деякі інші фактори можуть суттєво впливати на продуктивність тієї чи іншої ланки технологічного процесу і відповідного структурного елементу агрегату.

Тому в практиці розробки кормоприготувальних об’єктів доцільно дотримуватися раціональної умови:

Qж-д < Qз-з < Qп-з < Qр-з ,

де Qж-д – сумарна подача живильників-дозаторів, що входять до складу агрегату (відповідно до кількості вихідних компонентів приготовлюваних комбікормів), кг/с; Qз-з, Qр-з, Qр-з – пропускна здатність відповідно завантажувача-змішувача, подрібнювача-змішувача та розвантажувача-змішувача, кг/с.

Більше того, певне зростання пропускної здатності доцільне навіть в межах окремих технологічних ланок агрегату. Зокрема, в межах зони подрібнювача-змішувача ця передумова має вигляд:

D L qп L l I ш ,

де D і L - діаметр і ширина робочої камери, м; qп - продуктивність з одиниці площі робочої поверхні камери подрібнення, кг/(см2); l – довжина розгортки поверхні сепарації, м; I – інтенсивність просіювання продукту, м/с; гш - щільність шару сировини в процесі переробки, кг/м3.

Зокрема відомо, що для своєчасного видалення продуктів подрібнення з робочої камери молоткової дробарки пропускна здатність її поверхні сепарації повинна в 1,5-2 рази перевищувати подрібнювальну можливість дробарки. Іншим прикладом, що підтверджує наведену передумову, є використання шнеків-дозаторів, висота гвинтової поверхні в яких поступово зростає до висоти її на транспортуючій ділянці. Таке рішення, завдяки поступовому підвищенні пропускної здатності, сприяє вирівнюванню щільності потоку, покращує рівномірність дозування та супутнього перемішування компонентів.

Інтенсивність просівання I продуктів подрібнення крізь отвори решітної поверхні, як показали результати аналізу переміщення перероблюваного матеріалу в молотковій дробарці, зокрема, визначається співвідношенням радіальної vr та тангенціальної vф складових швидкості часток і залежать від положення робочої грані молотка відносно радіуса робочої камери. Раціональні форма і розміщення робочої грані молотків відносно радіуса барабана можуть збільшити радіальну компоненту швидкості переміщення перероблюваних часток в камері подрібнення і, цим самим, сприяти просіюванню продукту крізь решітну поверхню. Таку раціональну форму має молоток, наприклад, у вигляді неправильного шестикутника, симетричного відносно його осей.

Конструктивні рішення молотків можуть призвести до порушення зрівноваженості їх на ексцентричний удар, спричинити дисбаланс молоткового барабана. При взаємодії молотків з шаром матеріалу виникатимуть додаткові зусилля, які будуть передаватися на вісь підвісу і вал ротора. Для розробки зрівноважених на удар, визначення радіальних розмірів молотків та барабана дробарки необхідно знати радіус інерції молотка відносно осі його підвісу, який визначається відношенням моменту інерції до маси молотка.

При визначенні моменту інерції молоток кормодробарки раціональної шестикутної форми розглядали як пластину, що складається в плані з прямокутника ADEG з двома отворами та двох однакових за розмірами трикутників EFG.

Момент інерції пластини без отворів відносно центра її маси можна подати у вигляді такого виразу:

де - момент інерції частини молотка без отворів прямокутної форми відносно центра С маси пластини, кг·м2; - момент інерції частини молока трикутної форми відносно того ж центра С, кг·м2.

Після визначення складових моменту інерції і відповідних перетворень це рівняння набуло вигляду:

де a, b – відповідно ширина і довжина молотка, м; д – товщина молотка, м; б – кут нахилу бокової грані молотка до вертикалі, град; г - об’ємна щільність матеріалу, з якого виготовлені молотки, кг/м3.

Моменти інерції циліндрів та , еквівалентних за розмірами отворам на молотку, визначаються рівнянням:

де r - радіус отвору, м.

Момент інерції відносно центра маси циліндра в розмірі отвору, одночасно є й моментом інерції цього циліндра відносно осі його підвісу на барабані. Стосовно ж моментів інерції іншого отвору та , то їх слід привести до осі підвісу молотка відповідно теореми Гюйгенса-Штейнера. Після цього будемо мати:

момент інерції пластини J відносно осі підвісу О –

момент інерції циліндра в розмірах отвору відносно осі підвісу О –

Тоді момент інерції молотка раціональної шестикутної форми відносно осі його підвісу О визначається як різниця:

Масу молотка можна розрахувати як різницю мас пластини та отворів

або

Одержані рівняння моменту інерції та маси молотка дозволяють розраховувати його параметри за умови зрівноваження на ексцентричний удар. Оскільки ці параметри молотка є складовими моменту інерції барабана, то вони можуть бути використані як вихідні при проведенні розрахунків кінематичних режимів подрібнювача.

У третьому розділі “Програма та методика експериментальних досліджень” відповідно до поставлених завдань даної роботи, а також для перевірки достовірності теоретичних передумов передбачено: дослідити залежності показників якості одночасного подрібнення (крупність та рівномірність фракційного складу) і змішування (рівномірність перерозподілу) кормових компонентів, а також енергоємності процесу потокового приготування комбікормів від основних параметрів (Vм – швидкість молотків, dо – розмір отворів решіт, kг – щільність розміщення молотків на роторі, бр – кут обхвату робочої камери решетом, Ф – форма молотка) агрегата; на основі регресивного аналізу розробити математичні моделі технологічного процесу переробки кормів за визначеними критеріями оптимізації (продуктивність, енергетичні та якісні показники процесу подрібнення з одночасним змішуванням); за мінімальною енергоємністю процесу (із врахуванням нормативних зоотехнічних вимог щодо показників якості) обгрунтувати раціональні конструктивні параметри дробарки-змішувача; розробити і перевірити у виробничих умовах модельний зразок дробарки-змішувача, дати оцінку його ефективності порівняно з базовими варіантами обладнання аналогічного призначення.

Для приготування комбікормів основними вихідними компонентами є фуражне зерно. За базову сировину для лабораторних експериментальних досліджень було прийнято зерно ячменю як один із обов’язкових складових комбікормів. В порівняльних дослідженнях було використано також зерно кукурудзи, пшениці, вівса та гороху. В своїх дослідженнях обмежились вивченням лише тих фізико-механічні властивостей вихідних компонентів (вологість, об’ємна маса, кути природного схилу, коефіцієнти тертя), які безпосередньо впливають на згадані процеси і входять до складу одержаних теоретичних залежностей.

Для реалізації програми експериментальних досліджень була розроблена конструктивно-функціональна схема, відповідно до якої виготовлено молоткову установку для одночасного подрібнення і змішування зернових компонентів в процесі приготування комбікормів.

Експериментальна установка дозволяла: встановлювати решета з різними діаметрами отворів і змінювати кут обхвату ними робочої камери; встановлювати різну кількість молотків на барабані і з різною формою їх робочих граней; змінювати співвідношення основного і контрольного компонента та крупність продуктів подрібнення; регулювати частоту обертання ротора шляхом зміни шківів різного діаметра; записувати показники споживання електроенергії за допомогою самописця Н 379, включеного у електричну схему приводу установки.

Для відбору проб комбікорму після дробарки-змішувача використовували секційний візок з механізованим приводом, який пересувається на рейкових напрямних. Візок має 8 секцій однакової ширини. Для забезпечення рівномірної швидкості переміщення візка під розвантажувальною горловиною дробарки застосували електропривід.

Враховуючи недоліки відомих при дослідженні процесів змішування методів як контрольний компонент було використано чавунний порошок з розміром часток не більше 0,5 мм, основна перевага якого в тому, що він легко виділяється з відібраних проб за допомогою постійного магніту.

Для вибору оптимального співвідношення факторів розглядали процес подрібнення-змішування як кібернетичну схему.

Для проведення багатофакторних досліджень було вибрано ортогональний рототабельний план 24.

Рівномірність змішування оцінювали за коефіцієнтом варіації розподілу контрольного компоненту у пробах, взятих з кожної із секцій відбірника, встановленого на візку.

Оцінку однорідності дисперсії при однаковому числі паралельних дослідів проводили за допомогою критерію Кохрена, перевірку адекватності отриманих моделей проводили за допомогою F – критерію Фішера.

У четвертому розділі “Результати експериментальних досліджень” приведено оцінку якості одночасного подрібнення кормових компонентів з різними вихідними характеристиками, статистичні моделі процесу подрібнення-змішування зернових компонентів молотковою дробаркою, аналіз впливу основних параметрів дробарки та їх взаємодії стосовно показників ефективності і якості вказаного процесу.

Результати порівняльних досліджень показали, що при переробці молотковою дробаркою зернових сумішок практично відсутній взаємовплив щодо якості подрібнення компонентів. Показники, одержані як середньозважені за відповідними даними вихідних компонентів пропорційно їх долі в складі сумішки, стосовно середнього розміру часток і рівномірності фракційного складу продуктів подрібнення зернової сумішки з високою точністю співпадають з експериментальними. Відхилення щодо крупності продукту становила 3,1 %, а за рівномірністю його фракційного складу – менше 1 %.

В результаті реалізації плану багатофакторного експерименту одержані статистичні моделі ефективності процесу подрібнення-змішування інгредієнтів комбікормів в дробарці, які після розкодування для варіанту з молотками прямокутної форми мають вигляд:

- продуктивність установки, кг/с,

Q = 0,0618 - 0,0002 Vм - 0,0062 dо - 0,061 kг - 0,00007 p - 0,0002 Vм dо -

- 0,0005 Vм kг + 0,0095 dо kг + 0,00001 dо p + 0,00001 Vм2 +

+ 0,0012 dо2 + 0,0248 kг2 ;

- модуль помелу продуктів подрібнення, мм,

M = 4,8652 - 0,0636 Vм - 0,1649 dо - 2,97682 kг - 0,0032 p - 0,0075 Vм dо -

- 0,00001 Vм p + 0,0681 dоkг + 0,0005 dо p + 0,0007 Vм2 + 0,0725 dо2 +

+ 1,4463 kг2 + 0,000009 p2 ;

- коефіцієнт варіації фракційного складу продуктів подрібнення, %,

= - 31,63 + 1,1222 Vм + 5,1156 dо + 45,7245 kг - 0,0215 p + 0,0519 Vм dо -

- 0,0001 Vм p - 2,2786 dо kг + 0,0072 dо p - 0,0095 Vм2 - 0,9476 dо2 -

- 19,6054 kг2 - 0,0001 p2 ;

- рівномірність змішування компонентів, %,

Р = 65,2923 + 0,5666 Vм + 1,5282 dо + 21,8959 kг + 0,0025 p + 0,0546 Vм dо -

-0,0915 Vм kг + 0,0004 Vм p + 1,6904 dо kг - 0,0015 dо p - 0,0066 Vм2 -

- 0,6674 dо2 - 13,8657 kг2 - 0,00008 p2 ;

- питома енергомісткість процесу, кВт.год/т,

q = - 65,163 + 2,4423 Vм + 7,4699 dо - 13,365 kг - 0,0244 p - 0,2424 Vм dо -

- 0,0008 Vм p + 6,255 dо kг + 0,0124 dо p - 0,0055 Vм2 - 0,5478 dо2 -

- 11,2913 kг2 - 0,00007 p2 ;

Відповідні моделі для варіанту дробарки з молотками шестикутної форми такі:

Q = 0,0299 - 0,0001 Vм - 0,0015 dо - 0,0108 kг - 0,0001 p - 0,00005 Vм dо -

-0,0004 Vм kг + + 0,0038 dо kг + 0,00001 dо p + 0,00002 kг p + 0,000005 Vм2 + +0,0005 dо2 + 0,0107 kг2;

M = 4,7579 - 0,0659 Vм - 0,1104 dо - 2,781 kг - 0,0033 p - 0,0076 Vм dо -

- 0,00001 Vм p + 0,0226 dо kг + 0,0005 dо p + 0,0007 Vм2 + 0,0718 dо2 +

+ 1,4835 kг2 + 0,000009 p2;

= - 42,5463 + 1,4437 Vм + 5,583 dо + 40,8381 kг - 0,0099 p + 0,0494 Vм dо -

- 0,0001 Vм p + 0,3778 dо kг + 0,0068 dо p - 0,0119 Vм2 - 1,1924 dо2 -

- 24,6367 kг2 - 0,0001 p2;

P = 44,8727 + 0,7704 Vм + 7,1753 dо + 9,8963 kг + 0,0612 p + 0,0183 Vм dо +

+ 0,3504 Vм kг - 0,0002 Vм p – 0,003 dо p - 0,01 kг p - 0,0087 Vм2 -

- 0,8178 dо2 - 17,9422 kг2 -0,0001 p2 ;

q = - 100,0712 + 2,8727 Vм + 10,3603 dо + 23,1859 kг - 0,0261 p - 0,2429 Vм dо -

- 0,3034 Vм kг - 0,0007 Vм p + 3,5057 dо kг + 0,0138 dо p - 0,0069 Vм2 -

- 0,6917 dо2 - 14,2906 kг2 -0,00009 p2 .

Загальновідомо, що стосовно ефективності процесу подрібнення кормів швидкість молотків є найхарактернішим фактором молоткових дробарок. Проте в науково-технічній інформації відсутні матеріали про вплив цього параметра на якість змішування компонентів в процесі їх одночасного подрібнення.

Результати експериментальних досліджень свідчать, що в досліджуваному інтервалі швидкості молотків (Vм = 50-80 м/с) рівномірність змішування компонентів змінюється в незначних межах і знаходиться на достатньо високому рівні: P = 92-95 %. Цей рівень цілком задовольняє діючим зоотехнічним вимогам (не менше 90 %) .

Зміна щільності розміщення молотків на барабані дробарки в межах дослідженого інтервалу (коефіцієнт kг = 0,66-1,1) суттєво не змінює показників якості як подрібнення, так і змішування кормових компонентів. Істотніший вплив коефіцієнта kг відмічено стосовно продуктивності установки та питомої енергомісткості процесу приготування комбікормів. Причому характер цього впливу залежно від форми молотків, розміру отворів (dо) решіт і кута обхвату (бр) ними поверхні робочої камери дробарки не однозначний.

Після швидкості молотків найсуттєвіше впливає на ефективність переробки кормів молотковою дробаркою розмір отворів решіт. У варіантах закритого виконання камери подрібнювання зміною решіт (за розміром отворів) регулюють крупність одержуваного продукту.

Рівномірність фракційного складу продуктів подрібнення дещо покращується в міру збільшення розміру отворів решіт. Це явище цілком закономірне, оскільки коефіцієнт варіації н фракційного складу продуктів подрібнення, як відомо, зменшується пропорційно підвищенню модуля помелу.

Практично не залежить від розміру отворів решіт рівномірність змішування кормових компонентів в процесі їх подрібнення і становить 93-95 %. У варіанті з молотками шестикутної форми показник рівномірності змішування на 1-2 % покращується в результаті зменшення бр з 240 до 60о, що можна пояснити певним збільшенням часу перебування продукту в робочій камері.

Крім крупності продуктів подрібнення параметр dо досить суттєво впливає й на продуктивність установки та питому енергомісткість технологічного процесу. В наших дослідах при заміні решета з діаметром отворів dо = 4 мм на решето з dо = 6 мм при куті обхвату ним робочої камери бр = 150о і швидкості молотків хм = 65 м/с продуктивність зросла в 1,26-1,74 разу, а питома енергомісткість знизилась в 1,83-3,1 рази. Крупність продукту при цьому збільшилась на 30-40% .

Одержані за регресійними моделями графічні залежності показників ефективності одночасного подрібнення і змішування компонентів в процесі приготування комбікормів вказують на доцільність збільшення кута обхвату (бр) робочої камери решітною поверхнею. Завдяки цьому при тій

же величині діаметра отворів решіт крупність продуктів подрібнення дещо зростає, але помітніше покращується рівномірність їх фракційного складу.

Значно вигідніше збільшувати, наприклад, крупність часток одержуваного продукту не за рахунок використання решіт з більшим розміром отворів при невеликому куті обхвату ним робочої камери, а в результаті збільшення бр решетом з меншими отворами. В зазначених межах кута бр рівномірність змішування компонентів в процесі їх подрібнення практично не змінювалась і залишалась на достатньому рівні (Р = 93-95 %).

Продуктивність установки в межах (від 60 до 240о) кута обхвату робочої камери дробарки решетом зросла на 22-33 %, а питомі енергозатрати знизились на 29-43 %.

Ці показники інтенсивніше змінювалися у варіанті використання решета з меншим розміром отворів, тобто у тих випадках, коли ускладнюються умови просівання продуктів подрібнення крізь сепарувальну поверхню. За нормованих показників якості комплексним критерієм ефективності процесу приготування комбікормів, а отже і оптимізації конструктивних параметрів та режимів роботи установки можуть бути питомі енергозатрати.

Для визначення взаємодії досліджуваних параметрів проведено порівняльну оцінку вказаного критерія оптимізації за умови дотримання однакової крупності компонентів комбікорму. У нашому випадку за незмінної кількості молотків в межах раціональної їх щільності на барабані (kг = 0,88) в разі збільшення кута обхвату робочої камери решітною поверхнею для одержання однакової, наприклад, середньої крупності продуктів подрібнення (М = 1,3 мм) необхідним було певне підвищення робочої швидкості молотків (табл.). При збільшенні кута обхвату бр від 60 до 240о необхідна швидкість молотків зросла в 1,15-1,18 разу. В результаті цього: продуктивність установки

підвищилась в 2,38 рази; коефіцієнт варіації фракційного складу продуктів подрібнення зменшився на 6-8 %; показник рівномірності змішування компонентів комбікорму залишився практично без змін (підвищився на 1, 6 %); питома енергомісткість технологічного процесу приготування комбікормів знизилась на 16-34 %.

Порівняльна оцінка впливу керованих факторів дробарки на показники якості приготування комбікормів та ефективності технологічного процесу

Форма молотка | Модуль помелу М, мм | Керовані фактори | Показники якості та ефективності

dо, мм | бр, град | хм, м/с | н, % | Р, % | Q, кг/с | q, кДж/кг

Прямо-кутна | 1,3 | 5 | 60 | 51,1 | 31,54 | 93,08 | 0,0097 | 32,81

150 | 54,3 | 29,23 | 93,85 | 0,0134 | 29,38

240 | 59,0 | 29,08 | 94,61 | 0,0231 | 26,25

Шести-кутна | 1,3 | 5 | 60 | 52,0 | 30,10 | 93,08 | 0,0102 | 31,09

150 | 56,0 | 29,69 | 93,85 | 0,0141 | 26,87

240 | 61,3 | 28,46 | 94,60 | 0,0243 | 23,14

Експериментальні молотки шестикутної форми порівняно із стандартними прямокутними в наших дослідах забезпечували підвищення продуктивності установки на 6-24 % і зменшення питомих енерговитрат на 4-23 %. Менші значення відповідають варіантам з решетом при куті обхвату 60о та dо = 5 мм.

П’ятий розділ містить результати виробничої апробації нових розробок та оцінки їх економічної ефективності.

За матеріалами досліджень обґрунтовані і розроблені нові технічні рішення, які стали об’єктами таких винаходів: спосіб подрібнення зерна молотковою дробаркою та установка для його здійснення; дробарка зерна; змішувач для приготування збалансованих комбікормів; дробарка кормів решітна; дробарка.

Згідно раціональної схеми був розроблений ескізний проект і укомплектовано технологічну лінію для виробництва комбікормів В дробарці-змішувачі вказаної технологічної лінії використані експериментальні молотки шестикутної форми і збільшений до 240о кут обхвату робочої камери решетом. Технологічна лінія випробувана в ТОВ “Борзна” м. Борзна Чернігівської області. Результати виробничих випробувань показали, що за умови забезпечення відхилення не більше 8 % зернових потоків до збірного шнекового конвеєра-змішувача коефіцієнт варіації їх перерозподілу (змішування) складає 8-11 %. Подальше змішування компонентів в процесі подрібнення молотковою дробаркою вказаний коефіцієнт знижується до 6-7 %, а після додаткового перемішування розвантажувальним шнековим конвеєром зменшується до 4-5 %, що цілком відповідає діючим зоотехнічним вимогам до приготування комбікормів. Порівняно із серійним комплектом обладнання УМК-Ф-2 розроблена технологічна лінія дозволяє підвищити продуктивність і знизити питомі показники метало- енерго- та трудомісткості процесу приготування комбікормів.

Оцінка ефективності роботи удосконаленої дробарки-змішувача проведена в технологічній лінії агропідприємства “Регул” Обухівського району Київської області. Питома енергомісткість процесу за рівних показників якості переробки кормів в удосконаленій дробарці знизилась в 1,8-2 рази, а експлуатаційні затрати на 26 % порівняно з базовим варіантом КД-2-01.

Результати розрахунку свідчать, що річний економічний ефект від використання удосконаленої молоткової дробарки в агрегаті для приготування комбінованих кормів становить 4409 грн у цінах 2005 року.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз технологічних схем приготування комбікормів безпосередньо в сільськогосподарських підприємствах показав, що суміщення процесів подрібнювання і змішування їх компонентів спрощує технологію та структуру обладнання, дозволяє прискорити процес формування кормосумішок і значно знизити питомі ресурсозатрати. Між тим практично відсутні результати наукових досліджень і оцінки ефективності та якості змішування інгредієнтів комбікормів в процесі їх одночасного подрібнення молотковими дробарками.

2. Визначено, що в процесі одночасного подрібнення наперед від- дозованих потоків зернових компонентів молотковою дробаркою забезпечується рівномірність їх змішування до 92-96 %. Цей показник відповідає діючим зоотехнічним вимогам (не менше 90 %) до приготування комбікормів.

3. За комплексною оцінкою визначені раціональні ознаки і обґрунтовано удосконалену конструктивно-функціональну схему комбікормового агрегату, а також ресурзозбережний його типорозмір. Продуктивність молоткового подрібнювача-змішувача в разі приготування комбікормів повинна бути не менше 400-500 кг/год.

4. Стабільна і високоефективна робота комбікормового агрегату безперервної дії забезпечується дотриманням умови, згідно якої пропускна здатність як окремих його технологічних ланок, так і всього агрегату зростає від входу до виходу.

5. Для розрахунку радіальних розмірів молотків, зрівноважених на ексцентричний удар, а також барабана дробарки одержані рівняння для визначення маси і моменту інерції молотка раціональної шестикутної форми.

6. Встановлено, що показники якості подрібнення молотковою дробаркою як окремих зернових компонентів, так і їх сумішок добре співпадають за основними критеріями (середня крупність та фракційний склад продукту, коефіцієнт його варіації), відхилення в їх значеннях становить 1-3 %. Це свідчить про залежність показників якості від вихідних технологічних характеристик (зокрема, здатність до подрібнювання) перероблюваних компонентів і відсутність взаємовпливу, що сприяє їх перерозподілу в процесі одночасного змішування.

7. Одержані регресійні моделі процесу одночасного подрібнення-змішування компонентів молотковою дробаркою, які відображають вплив основних керованих параметрів останньої (швидкість молотків та щільність їх розміщення на барабані, діаметр отворів решіт та кут обхвату ними робочої камери) на критерії оптимізації (середній розмір часток продукту та коефіцієнт варіації його фракційного складу, рівномірність змішування компонентів, продуктивність установки і питома енергомісткість процесу) стосовно двох варіантів форми (прямокутна та шестикутна) молотків.

8. Молотки раціональної форми (наприклад, шестикутні), яка підсилює радіальні складові швидкості перероблюваних часток в робочій камері, сприяють підвищенню пропускної здатності решітної поверхні (продуктивність дробарки) та зменшенню питомої енергомісткості технологічного процесу.

9. Підтверджена доцільність збільшення кута обхвату робочої камери дробарки-змішувача решітною поверхнею до конструктивно можливих меж. При цьому рівномірність змішування перероблюваних компонентів залишається без змін, проте за однакової крупності продуктів подрібнення дещо покращується рівномірність їх фракційного складу, зростає продуктивність установки і знижується питома енергомісткість процесу .

10. Раціональними параметрами молоткового подрібнювача-змішувача в агрегаті для приготування комбікормів є:

- швидкість молотків V м = 60-75 м/с;

- щільність розміщення молотків на барабані kг = 0,7-1;

- кут обхвату решетом робочої камери бр = 240-300о.

11. Виробнича перевірка розробленої технологічної лінії приготування комбікормів з удосконаленою дробаркою-змішувачем показала, що порівняно з базовим серійним комплектом обладнання за умови однакових показників щодо середнього розміру кормових часток і рівномірності їх змішування (94-96 %) досягається зменшення коефіцієнта варіації фракційного складу продуктів подрібнення (на 8 %), зниження питомої енергомісткості процесу в 1,8-2 рази та підвищення продуктивності на 16-34 %. Очікуваний річний економічний ефект від впровадження однієї установки складає 4409 грн у цінах 2005 року.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ревенко Ю.І. Визначення моменту інерції зміцненого молотка змінної щільності // Наук. вісник НАУ. - 1998. – Вип. 4. – С. 146-150.

2. Ревенко І.І., Потапова С.Є., Ревенко Ю.І. Принципи розробки та вибору кормоприготувальних машин для малих ферм // Техніка АПК, 1999. - №3. – С. 26-27 (проведена порівняльна оцінка ресурсозатрат).

3. Ревенко І.І., Ревенко Ю.І. Умови ефективного використання кормових ресурсів // Пропозиція, 2000. - № 6. – С. 100-103 (обґрунтування раціональної схеми комбікормового агрегата).

4. Ревенко І.І., Ревенко Ю.І. Комплексна оцінка варіантів приготування комбінованих кормів // Техніка АПК. - 2000. - № 11-12. – С. 26-27 (визначення раціональних конструктивно-функціональних ознак комбікормового агрегата).

5. Ревенко Ю.І., Пилипенко О.М., Чибис С.М. Оцінка якості сумісного подрібнення і змішування компонентів комбікормів молотковою дробаркою / Зб. наук. праць НАУ // Мех. с.-г. вир-ва. - 2000. – Т. 9. – С. 172-176 (проведення експериментів, оцінка якісних показників подрібнення і змішування компонентів).

6. Пилипенко О.М., Ревенко Ю.І., Чибис С.М. Ресурсозбережні варіанти виробництва кормів / Зб. наук. праць НАУ // Мех. с.-г. вир-ва. - 2000. – Т. 8. – С. 274-281 (удосконалення схеми комбікормового агрегата).

7. Павліченко Л.М., Пилипенко О.М., Ревенко Ю.І. Обґрунтування структури елементів технічних рішень зернових дробарок малої продуктивності / Вісник ХДТУСГ // Мех. с.-г. вир-ва. - 2003. – Вип. 21. – С. 492-501 (структурний аналіз конструктивних схем).

8. Пилипенко О.М., Ревенко І.І., Чибис С.М., Ревенко Ю.І. Комплект без бункерного обладнання для приготування комбікормів / Зб. завершених наук. розробок: Вчені технічного інституту НАУ – виробництву. К., 2006. – С. 61 (удосконалення молоткового подрібнювача-змішувача).

9. Патент № 58596 (Україна). Спосіб подрібнення зерна молотковою дробаркою та установка для його здійснення / І.І.Ревенко, С.І.Козупиця, Ю.І.Ревенко. – Опубл. 15.08.2003. – Бюл. № 8.

10. Патент № 3813 (Україна). Дробарка зерна / О.М.Пилипенко, С.М.Чибис, Ю.І.Ревенко, Л.М.Павліченко. – Опубл. 15.12.2004. – Бюл. № 12.

11. Патент № 14395 (Україна). Змішувач для приготування збалансованих комбікормів / І.І.Ревенко, Т.О.Лісовенко, Ю.І.Ревенко. – Опубл. 15.05.2006. – Бюл. № 5.

12. Патент № 17198 (Україна). Дробарка кормів решітна / І.І.Ревенко, Ю.І.Ревенко. – Опубл. 15.07.2006. – Бюл. № 7.

13. Патент № 18899 (Україна). Дробарка / І.І.Ревенко, Ю.І.Ревенко. Білоусько Ю.О. – Опубл. 15.11.2006. – Бюл. № 11.

Ревенко Ю.І. Удосконалення технологічного процесу і агрегату для приготування комбікормів в умовах господарств. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового степеня кандидата технічних наук із спеціальності 05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. – Національний аграрний університет, Київ, 2007.

Робота присвячена проблемі зниження ресурсозатрат і підвищення якості приготування комбікормів в умовах сільськогосподарських підприємств шляхом удосконалення технологічного процесу