Экспериментальные исследования процесса смешивания сыпучих кормов

Научными исследованиями и практикой доказано, что скармливание дает большой эффект. При этом важно, чтобы все предусмотренные рационом компоненты были введены в требуемом количестве и равномерно распределены во всем объеме смеси.

Смешивание компонентов выполняют в кормосмесителях, которые должны обеспечивать высокую однородность смеси для получения одинаковой питательной ценности корма во всех частях его объема. Серийные смесители сыпучих кормов не всегда обеспечивают установленное зоотехническими требованиями качество смеси.

Для получения кормосмеси высокого качества можно применять аэродинамические [1], спиральные [2] и шнеколопастные [3] смесители.

Исследованиями [4] доказано, что целесообразно применять также и вибрационные смесители. Вместе с тем, их технологический процесс изучен недостаточно, поэтому необходимо выявить и обосновать их конструктивные, технологические и кинематические параметры, влияющие на качество получаемой смеси.

Материалы и методы

В ФГБОУ ВО Омский ГАУ разработан и изготовлен лабораторно-экспериментальный образец вибрационного смесителя сыпучих кормов (рис. 1). Работает он следующим образом. Желоб 1 с установленными внутри него перемешивающими элемен-

тами 2 получает вибрационные импульсы от эксцентрикового привода 5. В результате этого желоб начинает совершать колебания определенной амплитуды и частоты на рессорах 3 относительно рамы 4 . Смешиваемые компоненты подаются из дозаторов в заданном соотношении в загрузочную (верхнюю) часть желоба и попадают на первый перемешивающий элемент, где под действием вибрации начинается их разрыхление и смешивание. Далее масса ссыпается с зубчатой кромки перемешивающего элемента на днище желоба и попадает на второй и последующий перемешивающие элементы. По мере движения сыпучей массы по перемешивающим элементам происходит процесс смешивания компонентов между собой и повышается степень однородности приготавливаемой кормосмеси. При достижении разгрузочной (нижней) части желоба готовая кормосмесь ссыпается в накопительную емкость.

Высокую однородность кормосмеси можно получить в результате интенсификации процесса смешивания, как правило, за счет разности скоростей относительного перемещения слоев сыпучей массы и усложнения траектории движения ее частиц. Немаловажную роль здесь играет форма рабочей поверхности перемешивающих элементов.

Вибросмеситель может быть укомплектован перемешивающими элементами с коническими поверхностями виброконтакта (рис. 2, а ). При этом образующие конусов могут иметь одинаковые [5] или разные [6] значения по длине.

Во время движения по поверхности перемешивающего элемента под воздействием вибрации частицы в составе тонкого слоя сыпучей массы подымаются по коническим поверхностям, скатываются с них и скользят по плоскости. В результате такого сложного движения их траектории многократно пересекаются между собой и происходит интенсификация процесса смешивания. Кроме того, частицы корма ссыпаются с зубцов перемешивающего элемента навстречу друг другу, что также способствует повышению однородности смеси.

Рис. 1. Лабораторно-экспериментальный вибрационный смеситель сыпучих кормов:

1 – желоб; 2 – перемешивающие элементы; 3 – рессоры; 4 – рама; 5 – эксцентриковый привод

Перемешивающие элементы с конусами, образующие которых имеют одинаковые значения по длине, могут чередоваться с перемешивающими элементами, оснащенными полусферами одинакового радиуса [7]. Такое сочетание рабочих органов позволяет получить разные скорости движения сыпучей массы по виброповерхностям и способствует получению высокооднородной смеси.

Возможно применение плоских перемешивающих элементов, имеющих аналогичную зубчатую кромку, но вместо конических поверхностей и полусфер выполнены отверстия в форме равнобедренных треугольников (рис. 2, б ), вершины которых направлены к днищу виброжелоба. Длина основания и высота равнобедренного треугольника равны соответственно 0,2-0,4 и 1,0-1,4 шага зубчатой кромки. Отверстия расположены в ряд по середине перемешивающего элемента [8; 9].

а                              б

Рис. 2. Перемешивающий элемент: а - с коническими поверхностями виброконтакта;

б – с отверстиями в форме равнобедренных треугольников

Интенсификация процесса смешивания в данном случае достигается в основном за счет относительного смещения микрослоев массы в результате того, что траектории движения частиц значительно отличаются: частицы, которые идут «проходом» через отверстия, попадают на последующий перемешивающий элемент раньше частиц, идущих «сходом» по преремешивающему элементу [9].

Объектом исследований является процесс смешивания сыпучих кормов в вибрационном смесителе с перемешивающими элементами, имеющими конические поверхности виброконтакта с одинаковыми значениями длины образующих.

Методика исследований включает в себя отсеивающий эксперимент, метод крутого восхождения и многофакторный эксперимент. В качестве критерия оптимизации принята однородность Ө смеси.

Результаты и их обсуждение

В ходе отсеивающего эксперимента [4] выявлены факторы, оказывающие влияние на критерий оптимизации. Таковыми являются число n перемешивающих элементов, амплитуда А и частота го колебаний желоба, угол а наклона желоба к горизонтали.

Применение метода крутого восхождения [4] позволило получить почти стационарную область для критерия оптимизации с независимыми переменными А = 11 мм, го = 6 Гц, n = 6 шт., а = 10°, которая является основой для дальнейших исследований.

С учетом результатов метода крутого восхождения поставлен многофакторный эксперимент [4] и получена математическая модель, адекватно описывающая на 5%-ном уровне смешивание сыпучих кормов. После перевода коэффициентов из кодированных значений в натуральные уравнение регрессии принимает следующий вид:

Ө = - 641,45 + 65,34 А + 20,31 ® + 90,33 п + 2,12 a -

- 0,54 А ® - 1,62 Ап - 0,2 A a - 0,99 ® п + 0,5 ®a + (1) + 0,43 n a - 2,18 А ² - 1,07 ® ² - 5,39 п ² - 0,23 a 2 .

Рассматривая совокупность статистически значимых параметров, входящих в уравнение, их можно разделить на две группы - кинематические (амплитуда и частота колебаний желоба) и технологические (угол наклона желоба к горизонтали и количество перемешивающих элементов). При оценке их влияния на величину отклика целесообразно поочередно изменять параметры одной группы, фиксируя при этом параметры другой на определенных уровнях. Определение оптимальных значений кинематических и технологических параметр отклика [4; 10].

б

а

Рис. 3. Зависимость однородности Ө смеси:

а - от амплитуды и частоты колебаний желоба при n = 6 шт., а = 7°; б - от числа перемешивающих элементов и угла наклона желоба к горизонтали при А = 11 мм, го = 6 Гц

На рис. 3, а показана графическая зависимость, отражающая изменение однородности смеси в зависимости от амплитуды А и частоты го колебаний желоба при n = 6 шт., а = 7°. Очевидно, что максимальная однородность Ө смеси (около 96%) достигается при А = 12 мм и го = 5,5 Гц.

При анализе графической зависимости Ө = f(n, а) (рис. 3, б ) видно, что максимальная однородность Ө смеси (около 97%) получена при n = 6 шт., а = 9°. Кинематические параметры зафиксированы на уровне А = 11 мм, го = 6 Гц.

Закл ючение

Таким образом, в ходе экспериментальных исследований процесса смешивания установлено, что в качестве рациональных параметров вибрационного смесителя можно рекомендовать: А = 11-12 мм, го = 5,5-6 Гц, n = 6 шт., а = 7-9°. При таком сочетании однородность смеси Ө составит около 94-95%.

Разработанный вибрационный смеситель сыпучих кормов успешно прошел производственную проверку в технологической линии приготовления простых сыпучих кормосмесей для крупного рогатого скота в одной из организаций агропромышлен -ного комплекса Омской области и рекомендован для дальнейшего применения по назначению.

A.N. Yatsunov, U.K. Sabiev, A.V. Chernyakov

Experimental study of loose forages mixing