Обоснование конструктивных параметров рабочих органов дисмембраторов для получения жидких кормовых смесей
На правах рукописи
Камышов Юрий Николаевич
ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
РАБОЧИХ ОРГАНОВ ДИСМЕМБРАТОРОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
ЖИДКИХ КОРМОВЫХ СМЕСЕЙ
Специальность 05.20.01 – Технологии и средства
механизации сельского хозяйства
Автореферат диссертации
на соискание ученой степени кандидата
технических наук
Барнаул – 2012
Работа выполнена на кафедре "Сельскохозяйственное машиностроение" ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» (АлтГТУ) доктор технических наук, профессор
Научный руководитель Ситников Александр Андреевич (АлтГТУ, заведующий кафедрой) доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты Федоренко Иван Ярославович (АГАУ, заведующий кафедрой);
кандидат технических наук, доцент Патрин Петр Александрович (НГАУ, профессор) ГНУ СибНИИСХ Росельхозакадемии,
Ведущая организация г. Омск
Защита состоится 29 марта 2012 года, в 1000 часов на заседании диссер тационного совета Д 212.004.02 при ФГБОУ ВПО «Алтайский государствен ный технический университет им. И.И. Ползунова» по адресу: 656038 г. Бар наул, пр. Ленина, 46.
Автореферат размещен на сайтах ВАКа и АлтГТУ http:www.altstu.ru;
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте АлтГТУ.
Автореферат разослан «27» февраля 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Куликова Лидия Васильевна
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы.
На показатели выращивания животных оказывает влияние не только выбор компонентов кормов, но и их подготовка к скармливанию. Чем тоньше помол, тем больше площадь их общей поверхности и тем лучшее взаимодей ствие с пищеварительными ферментами. Но у тонкого измельчения есть и отрицательные стороны: увеличиваются затраты электроэнергии на перера ботку, слишком тонкое измельчение приводит к потерям корма и повышает риск образования заболеваний пищеварительного тракта животных. К на стоящему времени многие технические средства для приготовления жидких кормов в основном выработали свой ресурс, а энергоемкость этих машин не удовлетворяет современным требованиям. Поэтому вопросы приготовления жидких кормов стоят сейчас очень остро. Возникла потребность в повышении интенсивности, улучшении качественных показателей кормоприготовитель ных машин, разработке конструкции нового оборудования – высокопроизво дительного и технологичного.
Одним из перспективных путей повышения эффективности производ ства жидких кормов является использование оборудования непрерывной об работки – дисмембраторов и созданных на их базе высокотехнологичных ма шин для приготовления кормов.
На основании вышеизложенного исследования, направленные на по вышение эффективности процесса приготовления жидких кормов путем оп ределения основных конструктивных параметров дисмембраторов, являются актуальными и имеют научный и практический интерес.
Актуальность темы диссертации подтверждается также тем, что основ ные ее результаты получены при проведении исследований в рамках:
– федеральной целевой научно-технической программы: «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009 – 2013 годы» – проект «Проведение поисковых научных исследований и разработка научно технологических основ энергосберегающих процессов механоактивационной обработки сырья органического происхождения для создания и организации производства гидродинамических центробежно-роторных теплогенераторов»
(ГК № 02.740.11.0828);
– при поддержке фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно – технической сфере по программе У.М.Н.И.К.
Цель исследования. Повышение эффективности процесса приготовле ния и качества жидких кормовых смесей в центоробежно-роторных дисмем браторах путем обоснования его конструктивных и режимных параметров.
В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:
1. Предложить геометрическую модель рабочих органов дисмембратора и провести его компьютерное моделирование.
2. Разработать методики проведения исследований по определению си лы разрушения зернового материала и определению гранулометрического состава.
3. Провести исследования по определению силы разрушения зернового материала при различных скоростях вращения рабочего органа, в зависимо сти от формы рабочего органа, влажности испытуемого материала и его вида.
4. Обосновать конструктивные параметры рабочих органов дисмем братора, обеспечивающих требуемый гранулометрический состав жидких кормовых смесей.
5. Разработать, изготовить и испытать опытный образец установки для приготовления жидких кормов, дать технико-экономическую оценку его применения.
Объект исследований - процесс взаимодействия режущих элементов рабочих органов с измельчаемым сырьем в дисмембраторе центробежно роторного типа.
Предмет исследований – режимы и условия функционирования дис мембраторов, закономерности, характеризующие процесс разрушения зерно вого материала способом скалывания и среза в предлагаемом дисмембраторе.
Научную новизну работы представляют:
1. Компьютерное моделирование взаимодействия рабочих органов цен тробежно-роторного дисмембратора и рабочей среды.
2. Экспериментально установленные закономерности изменения пара метров разрушения зернового материала в зависимости от скорости вращения рабочего органа, формы его рабочих элементов при повышенной влажности зерна испытуемого материала.
3. Доказано влияние конструктивных элементов рабочих органов цен тробежно-роторного дисмембратора (зазора между режущими элементами, диаметра входного сечения, камеры измельчения, количества зубьев) на гра нулометрический состав и темп нагрева жидкой кормовой смеси.
4. На базе полученных результатов предложено новое техническое ре шение центробежно-роторного дисмембратора (решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2010137459) для приготовления жидких кормовых смесей.
Практическая значимость работы. Разработано и исследовано уст ройство для приготовления жидких кормовых смесей, позволяющее сущест венно повысить качество и эффективность приготовления жидких кормов по сравнению с известными технологиями. Результаты исследований позволят ускорить разработку современного энергосберегающего оборудования для производства жидких кормов.
Практическая ценность работы подтверждена патентами на полезную модель (RU №93300, RU № 112646), решением о выдаче патента на изобрете ние (заявка № 2010137459) и результатами лабораторных исследований.
Разработанные образцы дисмембраторов прошли проверку в условиях крестьянско-фермерского хозяйства (подтверждается актом испытания), и мо гут быть рекомендованы к внедрению, что является основой для создания но вых машин и оборудования для приготовления жидких кормовых смесей.
Реализация и внедрение результатов исследований. Результаты на учной работы используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова». Отдельные разделы диссертационной работы используются преподавателями, аспиранта ми и студентами в качестве учебно-методического материала. Дисмембраторы нашли применение в сельском хозяйстве, например в животноводческом пред приятии: крестьянско-фермерском хозяйстве Васильцова В.А. (Мамонтовский район, Алтайский край). Техническая документация на изготовление универ сальных приготовителей кормов передана в ООО «Малое инновационное предприятие сельскохозяйственного машиностроения АлтГТУ».
Апробация работы. Основные положения работы и результаты иссле дований доложены и одобрены на Межрегиональной научно-практической конференции “Модернизация Сельскохозяйственного машиностроения” (2009г., г. Барнаул);
на 66 и 67 научно-технических конференциях студентов, аспирантов и ППС АлтГТУ (2009 – 2010 гг., г. Барнаул);
всероссийском инно вационном конкурсе "У.М.Н.И.К."(г. Барнаул);
Всероссийском молодежном образовательном форуме "Селигер 2010" (г. Осташков);
Всероссийском моло дежном слете "Алтай – территория развития" (2011 г., г. Барнаул);
Междуна родном молодежном управленческом форуме "Алтай – точки роста 2011" (особая экономическая зона "Бирюзовая Катунь"). Опытные образцы универ сальных приготовителей кормов демонстрировались на крупнейшей агропро мышленной выставке Сибири "Алтайская Нива "(2009 – 2010 гг., г. Барнаул), где были награждены благодарностью и почетной грамотой;
на Международ ном молодежном инновационном форуме "Интерра – 2011" (г. Новосибирск);
"Слете сельской молодежи" (г. Барнаул). Результаты диссертации докладыва лись на научных семинарах кафедр «Сельскохозяйственное машиностроение», «Автомобили и тракторы», «Автомобили и автомобильные хозяйства» (АлтГ ТУ, Барнаул) в 2009-2012 годах.
Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 8 научных работах, в том числе 1 статья опубликована в изданиях, рекомен дованных ВАК, получено 2 патента на полезную модель, 1 положительное решение на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Объем диссертации 243 стр., в том числе 167 стр. основного текста, 170 рисунков, 17 таблиц;
спи сок литературы включает в себя 123 наименования, в том числе 4 на ино странном языке.
Основные положения, выносимые на защиту:
– результаты компьютерного моделирования, позволяющие обосновать основные конструктивные параметры рабочих органов дисмембратора;
– методики и результаты экспериментальных исследований по опреде лению силы резания зернового материала повышенной влажности, определе нию гранулометрического состава получаемой смеси, определению конструк тивных параметров рабочих органов;
– результаты испытаний промышленного образца установки для при готовления жидких кормов.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение. Дана общая характеристика рассматриваемой проблемы.
Кратко изложена актуальность работы, сформулированы цель и задачи иссле дования, научная новизна и практическая значимость.
Первая глава включила в себя анализ состояния проблемы получения кормовых смесей и анализ применяемых кормов и способов измельчения зер нового материала. В результате установлено:
1. Эффективность кормов зависит от их физической формы. Большое влияние на их качество оказывает процентное содержание влаги, а так же гранулометрический состав. Для каждого вида кормов существует своя тех нология подготовки и приготовления.
2. Сложность технологического процесса приготовления кормов и его качество напрямую зависит от используемого оборудования (дробилки, из мельчители, смесители, дозаторы).
3. Важнейшей операцией кормоприготовительного процесса является измельчение.
4. Существующие устройства для приготовления жидких кормов схо жи по конструктивному исполнению и принципу действия и имеют ряд суще ственных недостатков:
– низкая производительность агрегатов;
– длительный цикл приготовления корма;
– высокая металлоемкость конструкций;
– наличие дополнительных нагревательных элементов.
Научными основами теории резания, измельчения и процессов приго товления кормов являются труды академика В.П. Горячкина. Большой вклад в науку по измельчению зернового материала и приготовления кормов в целом внесли И.Ф. Василенко, Н.В. Сабликов, А.А. Артюшин, В.А. Елисеев, А.А.
Зеленов, А.П. Макаров, Я.Н. Куприц, С.Д. Хусид, С.В. Мельников, В.А. Сысу ев, В.Г. Коба, В.И. Пахомов, П.И. Некрашевич, А.А. Омельченко, П.И. Леон тьев, П.А. Савиных, В.Р. Алешкин, Б.И. Вагин, А.И. Завражнов, В.А. Зяблов, П.А. Кормщиков, Г.М. Кухта, Е.А. Маркарян, П.М. Рощин, Н.В. Сундеев, В.Д.
Денисов, В.И.Сыроватка, В.И. Земсков, С.В. Золотарев, И.Я. Федоренко, Н.С.
Сергеев, И.К. Хлебников, В.П. Ожигов, П.А. Патрин, Г.Ф. Бахарев и другие ученые. Процесс получения жидких кормовых смесей исследовали Н.В Нюш кова, В.В. Старцева, В.В. Аксенов.
В настоящее время процессу приготовления кормовых смесей должно придаваться большое значение, т.к. корма требуемой степени измельчения позволяют резко повысить их усвояемость, уменьшить их расход при выращи вании и откармливании животных.
Анализ состояния научно-технической проблемы позволил сформу лировать цель и задачи для её решения.
Во второй главе – «Компьютерное моделирование рабочих органов центробежно-роторного дисмембратора» представлены результаты компью терного моделирования взаимодействия рабочих органов центробежно роторного дисмембратора и рабочей среды.
Для численного моделирования гидродинамических процессов в цен тробежно-роторном дисмембраторе использовался пакет прикладных про грамм ANSYS CFX.
На первом этапе, исходя из анализа известных конструкций, были раз работаны геометрические модели трех роторов, отличающихся конструктив но (рисунок 1) – количеством концентрических и радиальных пазов, а также наличием лопаток на периферии:
ротор №1 ротор № ротор № Рисунок 1 – Геометрические модели роторов При разработке геометрических моделей измельчающих органов раз рабатываемого дисмембратора учитывались результаты полученные Сергее вым Н.С. В результате чего разработаны три геометрические модели измель чающих органов со следующими характеристиками: наружный диаметр ро торного диска – 228 мм, количество рядов измельчающих зубьев 2 – 3 ряда, радиус от центра до первого ряда 90 мм, до второго – 105 мм, до третьего – 125 мм. Угол заточки измельчающих зубьев, в виду невозможности точного определения на этапе моделирования, решено принять максимальным – градусов.
Далее производилось наложение сетки на геометрической модели. На каждый ряд зубьев статора и ротора накладывалась отдельная сетка. Это зна чительно увеличивало вычислительную сложность, а значит, и время расчета, но необходимо для корректного математического описания процесса взаимо действия ротора и статора.
В процессе численного моделирования исследовались такие характе ристики потока жидкости, как давление, температура и скорость потока. На рисунке 2 представлены контурные диаграммы, показывающие градиенты давления в роторах:
ротор № ротор №1 ротор № Рисунок 2 – Градиенты давления В результате моделирования установлено, что:
1. На внешней границе моделей давление достигает максимума. Име ются области с отрицательным давлением. Это связано с тем, что периодиче ское совмещение каналов статора с каналами вращающегося ротора приводит к пульсации потока жидкости. При совмещении каналов происходит нагнета ние давления, затем, когда канал статора открывается, жидкость из областей с высоким давлением устремляется в области с более низким давлением, что приводит к разрывам в потоке. Таким образом, наилучшей характеристикой давления внутри потока жидкости обладает ротор №3.
2. При вращении роторов наблюдается изменение температуры потока жидкости. В целом, разница температуры составляет порядка 0,2 градуса.
Важной характеристикой является не только абсолютная разница между мак симальной и минимальной температурой, но и объем потока, подверженный нагреву. Так, у ротора №1 четко выделяются три области с перепадами тем ператур, в то время как у роторов №2 и №3 таких областей значительно больше, наилучшей характеристикой перепада температур внутри потока жидкости обладает ротор №3.
При отслеживании траектории пути частиц (ротор №3) с нулевой мас сой через область с жидкостью и скорости, которую развивают данные части цы при движении по треку, наблюдаются вихревые структуры и турбулиза ция потока. Поток имеет развитую турбулентность. Это происходит из-за то го, что скорость потока жидкости в каналах статора велика и имеет флуктуа ции.
По результатам проведенного анализа результатов виртуальных экспе риментов с тремя различными конструкциями роторов можно сделать вывод о том, что наиболее эффективным является ротор №3. При данной конструк ции наблюдаются наилучшие характеристики давления внутри потока, наи большее количество областей с перепадом температур и наименьший массо вый расход.
В третьей главе – «Оборудование и методики проведения экспери ментальных исследований» описаны оборудование и методики проведения экспериментальных исследований.
Разработана методика проведения исследований по разрушению зер нового материала, позволяющая определять силу разрушения единичных зе рен при:
– различной степени влажности измельчаемого материала;
– разной величине зазора между измельчаемыми органами;
– различных углах заточки измельчаемых органов;
– различной скорости вращения рабочих органов.
Разработан и изготовлен экспериментальный стенд центробежно роторного типа рисунок 3:
Рисунок 3 – Общий вид экспериментального стенда Стенд позволяет определять силы разрушения зернового материала при скоростях вращения рабочего органа от 0,5 м/с до 50 м/с, в зависимости от формы рабочего органа, влажности испытуемого материала и его вида.
Для исследования влияния конструктивных параметров рабочих ор ганов дисмембраторов на качество получаемой смеси разработан экспери ментальный стенд (рисунок 4, б). На рисунке 4,а представлена конструктив ная схема устройства, которое состоит из бака для смешивания – 1, крышки – 2, корпуса дисмембратора – 3, статора – 4, ротора – 5, рамы –6, вала–7, муфты – 8, электродвигателя – 9, пульта управления –10.
Стенд работает следующим образом. Зерновая смесь из бака 1 попа дает через впускной патрубок на вращающийся роторный диск 5. Под дейст вием центробежной силы, возникающей вследствие вращения роторного диска 5, перемешиваемая масса устремляется к его периферии через сквоз ные сечения между зубчатыми элементами, расположенными по концентри ческим окружностям дисков ротора 5 и статора 4. При этом зубчатые эле менты перемешивают и измельчают зерно. Достигнув периферии дисков, смесь компонентов удаляется из аппарата через выпускной патрубок.
а) б) Рисунок 4 – Стенд для исследования конструктивных параметров дис мембратора Конструкция стенда позволяет быстро производить замену специально изготовленных комплектов измельчающих органов, изменять зазор между режущими элементами, а так же диаметр входного сечения камеры измельче ния дисмембратора.
Разработана методика проведения анализа гранулометрического соста ва смеси, позволяющая проводить исследования, в ходе которых определять степень однородности кормовой смеси, размер частиц, а так же их процент ное содержание в пробе. Полученная информация обрабатывалась с помощью программы «Видео ТЕСТ - Структура 5.2», которая предназначена для прове дения преобразований и измерений на цифровых изображениях микро- и макрообъектов, слайдов, негативов и фотоснимков. Выбранная последова тельность обработки изображения легко записывается в виде методики, кото рая позволяет облегчить проведение анализов.
В четвертой главе – «Результаты экспериментальных исследований процесса разрушения зернового материала, влияния конструктивных пара метров на эффективность приготовления кормов» представлены экспери ментальные исследования процесса разрушения зернового материала и влия ния конструктивных параметров на качество приготовления кормов.
В качестве исходных образцов использовались пшеница, ячмень, овес и горох. В процессе эксперимента варьировались зазор между режущим эле ментом и противорежущим резцом, влажность зернового материала, угол заточки режущего элемента и противорежущего резца, скорость вращения режущего элемента.
Влияние влажности зернового материала на силу разрушения пред ставлены на рисунке 5:
Рисунок 5 – Зависимость силы от влажности при разрушении единич ных зерен на режущем элементе с углом заточки 90 и скорости резания 31, м/с Анализ полученных зависимостей показал, что сила резания значи тельно снижается при предварительном увлажнении измельчаемого материа ла до влажности 35-40%.
Зазор между режущими элементами так же оказывает влияние на силу, необходимую для измельчения зернового материала рисунок 6:
Рисунок 6 – Зависимость силы от зазора при разрушении единичных зерен различных культур на режущем элементе с углом заточки 90 и скорости ре зания 31,3 м/с Зависимости, представленные на рисунках, действительно показывают, что зазор между режущими элементами оказывает существенное влияние на силу, возникающую при измельчении зернового материала. Так из данных зависимостей можно сделать вывод о том, что оптимальный зазор между ре жущими элементами равен 0,2 мм, так как при нем наблюдается наименьшее значение силы, необходимое для разрушения зернового материала. При уве личении зазора до 0,6 мм сила, необходимая для разрушения, заметно возрас тает, что приводит к увеличению нагрузки на рабочие органы и как следствие к их быстрому износу.
В режущей паре при измельчении различных растительных материалов важнейшим объектом исследования является угол заточки режущего элемен та и противорежущего резца, рисунок 7:
Рисунок 7 – Зависимости силы от угла заточки режущего элемента при разрушении единичных зерен различных культур и скорости резания 31,3 м/с На основании проведенных исследований можно сделать вывод о том, что уменьшение угла заточки режущего элемента приводит к уменьшению силы резания зернового материала. Приемлемым углом заточки ножа являет ся угол 75, что позволяет увеличить износостойкость режущего органа и как следствие уменьшить силу резания с максимальных значений до средних. Так же была выявлена закономерность: с увеличением влажности уменьшается сила резания.
По результатам регрессионного анализа получены уравнения регрес сии разрушения зернового материала, при разных режимах резания представ ленные в таблице 1:
Таблица 1 – Уравнения регрессии разрушения зернового материала при разных режимах резания Таким образом, по результатам исследований определено усилие реза ния при различной влажности измельчаемого материала, выявлен оптималь ный зазор между рабочими органами, найден оптимальный угол заточки.
Исследования конструктивных параметров дисмембратора позволили выявить степень нагрева смеси, потребляемую мощность, а так же грануло метрический состав полученных образцов рисунки 8 – 10:
Рисунок 8 – Изменение потребляемой мощности во время приго товления При повышении рабочего зазора между ротором и статором с 0,3 до 0,6 мм степень нагрева практически одинакова.
Рисунок 9 – Влияние зазора на температуру разогрева смеси Таким образом, при зазоре =0,1 мм установка работает неустойчиво, наблюдается перегрузка электродвигателя, при зазоре =0,2 мм нагрев про текает более интенсивно (на 2,5-3 градуса в минуту) чем при 4-х остальных.
Изменение температуры от времени протекания процесса показывает, что изменение температуры пропорционально проходному сечению впускно го канала, рисунок 10:
Рисунок 10 – Влияние проходного сечения впускного канала на темпе ратуру разогрева смеси Потребляемая мощность также возрастает с увеличением впускного канала. Это связано с тем, что нагрев зависит от объема жидкости, проходя щей через дисмембратор, который лимитируется впускным каналом. При диаметре впускного канала d=25мм отмечена нагрузка, не превышающая номинальную мощность электродвигателя.
Результаты анализа гранулометрического состава представлены на ри сунке 11:
Ротор 1 Ротор 2 Ротор 45 Процент количества Процент количества Процент количества 20 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 Класс Классы Классы Рисунок 11 – Результаты гранулометрического анализа По полученным результатам построены гистограммы распределения частиц по классам, показывающие, что проба №3 (ротор №3) является наибо лее благоприятной для усвоения организмом животных ввиду оптимального для переваривания размера частиц.
В пятой главе – «Разработка промышленного образца дисмембрато ра, испытания в условиях крестьянско-фермерского хозяйства. Экономиче ский эффект от внедрения» с учетом проведенных исследований изготовлен промышленный образец дисмембратора для приготовления жидких кормов с вертикальным расположением оси вращения измельчающего органа (рисунок 12). Опытный образец дисмембратора, технология приготовления смесей бы ли переданы в крестьянско-фермерское хозяйство Васильцова В.А. (с. Малые Бутырки Мамонтовского района Алтайского края), насчитывающее поголовье в 250 голов, для выявления скрытых недостатков и проверки эффективности приготовления жидких кормов. Эффективность приготовленных жидких кормовых смесей на переданной установке определялась при откорме 13 го лов свиней по среднесуточному привесу.
Рисунок 12 – Промышленный образец дисмембратора В ходе испытаний выявлено: зоотехнические показатели корма, приго товленного на предлагаемой модели дисмембратора, выше, чем у корма, при готовленного по классической технологии с применением запарника. Дис мембратор надежно выполняет технологический процесс и пригоден для при готовления высококачественного корма;
технический уровень выше, себе стоимость меньше;
обеспечивает заданное качество измельчения зернового материала.
Из сравнительной экономической оценки видно, что разработанная кормоприготовительная машина экономически более выгодна по сравнению с серийно выпускаемой машиной для приготовления кормов КИП – 0.6. Ожи даемый годовой экономический эффект от применения дисмембратора соста вил 60773 руб в год.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. На усвояемость корма животными большое влияние оказывает его гранулометрический состав. В свою очередь машины, применяемые для по лучения кормовых смесей, не могут обеспечить в полной мере требуемый размер частиц и имеют ряд существенных недостатков, такие как низкая производительность, длительный цикл приготовления, высокая металлоем кость конструкций, наличие дополнительных нагревательных элементов. Все это делает процесс приготовления весьма сложным и трудоемким.
2. Проведено моделирование вращения ротора, которое показало, что в момент совмещения каналов ротора и статора наблюдается:
– увеличение давления в проходных каналах;
– резкое падение скорости потока практически до нулевого уровня при закрытии проходных каналов;
– резкое увеличение скорости потока при открытии проходных кана лов;
– повышение температуры жидкости при закрытии проходных кана лов;
– понижение температуры жидкости при открытии проходных каналов;
– образование кольцевых вихрей, поведение которых определяется только размером и скоростью вихря.
При анализе результатов виртуальных экспериментов с тремя различ ными конструкциями роторов выявлена наиболее эффективная конструкция ротора (ротор № 3). При данной конструкции наблюдаются наилучшие ха рактеристики давления внутри потока, наибольшее количество областей с перепадом температур и наименьший массовый расход.
3. Обоснована конструктивная схема центробежно-роторного дисмем братора, которая обеспечивает снижение удельной энергоемкости процесса приготовления жидких кормовых смесей за счет проведения 3 операций (из мельчения, запаривания, смешивания) одновременно и в одном кормоприго товительном агрегате.
4. Проведены исследования по определению силы разрушения зерно вого материала при скоростях вращения рабочего органа от 0,5 м/с до 50 м/с в зависимости от формы рабочего органа, влажности испытуемого материала и его вида. Установлено, что:
– сила резания значительно снижается при увеличении влажности из мельчаемого материала до 35 - 40%;
– увеличение зазора свыше 0,6 мм между режущим элементом и про тиворежущим резцом не гарантирует достижения приемлемой степени из мельчения;
величина зазора менее 0,2 мм приводит к переизмельчению зер нового материала;
– уменьшение угла заточки режущего элемента приводит к уменьше нию силы резания;
приемлемый угол заточки режущего элемента составляет 75;
– при увеличении скорости увеличивается сила резания.
5. Экспериментально определены рациональные конструктивные па раметры рабочих органов дисмембратора. Выявлено:
– оптимальный зазор между режущими элементами дисмембратора =0,2 мм, именно при такой величине зазора наблюдается минимальная по требляемая мощность;
– нагрузка на электродвигатель зависит от размера проходного сечения на входе в камеру измельчения. Приемлемый размер проходного сечения ра вен 25 мм;
– конструкция ротора, наличие лопаток на периферии диска которой, а так же 3 ряда зубьев для измельчения обеспечивают равномерное измельче ние зерна (это позволяет получать однородную по своему составу массу, гра нулометрический состав которой соответствует зоотехническим требовани ям).
6. Разработан и изготовлен промышленный образец дисмембратора, который прошел испытания в условиях крестьянско-фермерского хозяйства.
В процессе испытания установлено, что среднесуточный привес составил от 0,750 до 0,868 кг, уменьшился расход электроэнергии на 54%, снизился рас ход зерновой смеси в сутки в 2 раза. Ожидаемый годовой экономический эф фект от применения дисмембратора составил 60773 руб.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
В изданиях, по перечню ВАК 1. Ситников, А.А.Эффективная малогабаритная кормоприготовитель ная установка / Ситников А.А., Нефедов Е.Н. Камышов Ю.Н. //Сельский механизатор. – 2010. – № 4 – С.22 – 25.
Патенты 2. Пат. 93300 Российская Федерация, МПК В02С7/00 Устройство для приготовления гомогенизированных продуктов / Ситников А.А Нефедов Е.Н., Дрюк В.А., Салеев Ф.И., Камышов Ю.Н., Лебедев А.С.;
заявл. 21.12.2009;
опубл. 27.04.2010.
3. Пат. 112646. Российская Федерация, МПК В02С7/00 Устройство для приготовления гомогенизированных продуктов./ Нефедов Е.Н., Ситников А.А., Нефедов К.Е., Камышов Ю.Н., Почтер С.В. Заявл. 29.07.2011;
Опубл.
20.01.2012.
4. Положительное решение о выдаче патента Р.Ф. на изобретение от января 2012. Дисмембратор для приготовления гомогенизированных продук тов / Ситников А.А., Нефедов Е.Н., Нефедов К.Е., Дрюк В.А., Салеев Ф.И., Почтер С.В., Камышов Ю.Н. – № 2010137459/13;
заявл. 08.09.2010.
В других изданиях 5. Ситников, А.А. Опытная установка по приготовлению жидких кор мов на основе вихревого теплогенератора. / Ситников А.А., Камышов Ю.Н., Лебедев А.С. // Ползуновский альманах №2. – Барнаул, АлтГТУ – 2009. – С.54 – 55.
6. Ситников, А.А. Исследование влияния конструктивных параметров вихревого теплогенератора на эффективность подготовки кормовых смесей. / Ситников А.А., Нефедов Е.Н., Нефедов К.Е. Камышов Ю.Н. / Модернизация сельскохозяйственного машиностроения: проблемы, задачи и пути их реше ния: Сб. науч. тр. – Барнаул: Изд-во ОАО «Алтайский полиграфический ком бинат», 2010. – С.72 – 78.
7. Ситников, А.А. Исследование процесса разрушения зернобобовых культур и определение оптимальных параметров гидродинамического цен тробежного-роторного измельчителя. / Ситников А.А., Камышов Ю.Н., Почтер С.В., Макарова Н.А. Современная техника итехнологии: проблемы, состояние и перспективы: Материалы I всероссийской научно-технической конференции 23 – 25 ноября 2011 г. / Под ред. к.т.н., профессора А.Н. Пло щаднова / Рубцовский индустриальный институт. – Рубцовск, 2011. – С. 497 – 501.
8. «Проведение поисковых научных исследований и разработка науч но-технологических основ энергосберегающих процессов механоактивацион ной обработки сырья органического происхождения для создания и организа ции производства гидродинамических центробежно-роторных теплогенера торов» промежуточный отчет о НИР, УДК 631.3:636;
631.22;
636.084.7 по Государственный контракт № 02.740.11.0828. Руководитель НИР, д-р техн.
наук, профессор – Максименко А.А. Г.Р. №01201064729. Инв. № 02-10. – Барнаул 2010 – 91 с. – исполн.: Максименко А.А., Ситников А.А., Камышов Ю.Н. и др.