Определение рациональных параметров барабанного дозатора малогабаритного комбикормового агрегата по результатам экспериментальных исследований

ENGINEERING TECHNOLOGIES AND SYSTEMS

ТЕХНОЛОГИИ, МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ / TECHNOLOGIES, MACHINERY AND EQUIPMENT

EDN: u₽dates 0Ж?: УДК / UDK 62-112.6:636.085.55

Обеспечение населения продуктами животноводства в достаточном количестве и качестве является актуальной проблемой современного аграрного производства [1]. Одной из основных задач в сфере развития аграрной отрасли считается создание новых технологических процессов для изготовления комбикормов и добавок, формулирование исходных требований и подготовка технических заданий на отечественное оборудование нового образца1. Производство усовершенствованной техники на агропромышленных предприятиях позволит снизить ее стоимость, а также обеспечить граждан рабочими местами [2].

В системе машин для механизации и автоматизации выполнения процессов при производстве продукции животноводства и птицеводства на период до 2030 года предусмотрены технологические комплексы из более «150 наименований и типоразмеров, в том числе: ... 23 – для приготовления комбикормов» [3]. Н. М. Морозов утверждает, что такие комплексы могут быть использованы как на крупных животноводческих предприятиях, так и на личных подсобных хозяйствах [2].

В крестьянско-фермерских хозяйствах возможно приготовление различных видов комбикормов из собственного зернофуража и промышленных добавок для разных видов и возрастных групп животных и птицы [4; 5]. При этом заготовление кормов необходимо осуществлять при помощи передового опыта и современных технологий. Это имеет значение в условиях конкурентоспособности и экономической эффективности сектора животноводства [6].

Одним из основных процессов в приготовлении сыпучих кормовых смесей является процесс дозирования, от которого зависит смешивание2 [7]. Объемные дозаторы, работающие в непрерывном режиме, гарантируют подачу корма равномерным потоком по установленному технологическому циклу при соблюдении условия непрерывной выдачи корма на протяжении заданного временного интервала [8]. В то же время объединение операций по перемещению, дозированию и смешиванию способствует уменьшению энергопотребления [4]. По типу рабочих органов одним из наиболее часто встречающихся исполнений при дозировании сыпучих кормовых смесей являются барабанные дозаторы [8].

В соответствии с представленными тенденциями развития технических средств дозирования рассыпных комбикормов разработка конструкции и определение конструктивно-технологических параметров барабанного дозатора малогабаритного комбикормового агрегата для фермерских и личных хозяйств населения является актуальной.

Целью данного этапа исследований является разработка конструкции и экспериментальное определение рациональных конструктивно-технологических параметров и производительности многокомпонентного барабанного дозатора малогабаритного комбикормового агрегата для приготовления сыпучих компонентов рассыпного комбикорма.

Для этого необходимо: разработать конструкцию многокомпонентного барабанного дозатора; составить методику экспериментальных исследований; провести эксперименты и проанализировать полученные результаты.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Актуальность научных исследований по созданию новой техники для фермерских и личных хозяйств населения подтверждается современными разработками различных конструкций малогабаритной техники для животноводства и птицеводства [9–11]. В современных условиях развития животноводческой отрасли особую значимость приобретает экономное расходование зерна, используемого на кормовые нужды. Наиболее эффективно фуражное зерно применяется в составе комбикормов, которые сбалансированы по содержанию протеина, аминокислот и других биологически активных веществ3.

По мнению В. И. Сыроватки, Н. В. Ждановой и А. Д. Обухова, комбикорма выступают главным элементом в структуре себестоимости продукции как в животноводстве, так и в птицеводстве. В рационе птицеводства их доля достигает 100 %, в свиноводстве – 95 %, а у крупного рогатого скота – от 30 до 40 %. Именно поэтому технические средства и технологические процессы для производства комбикормов непосредственно в хозяйствах должны отличаться универсальностью, простотой и удобством в эксплуатации [12].

Ученые из Нижегородского государственного инженерно-экономического университета установили, что «независимо от вида комбикорма в процессе его приготовления необходимо соблюдение пропорций входящих в него компонентов. Для дозирования применяют дозаторы» [13]. Согласно исследованию А. В. Чупшева, «от процесса правильной дозировки зависит бесперебойная работоспособность оборудования, точность дозирования, снижаются потери пылевидных частиц кормов при транспортировке» [7].

А. Н. Глобин указал, что в нынешних условиях для эффективного улучшения процесса дозирования следует воспринимать дозатор не в качестве отдельного элемента оборудования, а как целостную систему, надежная и качественная работа которой напрямую зависит от устойчивого функционирования каждого ее компонента. При разработке подобных систем появляется возможность учесть все факторы, воздействующие на их работу, благодаря чему процесс дозирования в меньшей степени подвергается внешним влияниям, что в итоге должно обеспечить более стабильную работу дозаторов4.

В то же время У К. Сабиев, Р. Н. Амрин и А. Н. Кушнерик отмечают, что «исследования по разработке компактного, надежного в работе, простого в обслуживании многокомпонентного дозатора сыпучих кормов являются актуальными» [14].

При этом В. Н. Николаев считает, что «прямоточный способ, реализованный в малогабаритных комбикормовых агрегатах, является наиболее эффективным и характеризуется малой энерго- и металлоемкостью, простотой в обслуживании и адаптирован к условиям производства комбикормов непосредственно в хозяйствах» [4].

На основании обзора литературы отмечается широкое применение комбикормов в птицеводстве, потребность в соблюдении их правильной дозировки, системность рассмотрения конструкции дозатора в составе единой компоновки комбикормового агрегата и принцип прямоточности построения технологического процесса.

Таким образом, в соответствии с требованием прямоточности процесса приготовления рассыпного комбикорма, разработку конструкции дозатора следует рассматривать в комплексе с учетом последовательности единой компоновки бункера, дозатора и измельчителя-смесителя малогабаритного комбикормового агрегата. В связи с этим проведен патентный анализ существующих конструкций малогабаритных комбикормовых агрегатов (RU 2050151, RU 2155526, RU 2222239 и др.) и выявлен ряд существенных недостатков. К ним относятся: отсутствие дозирующего устройства, неспособность осуществлять точное дозирование, необходимость применения отдельной приводной станции дозатора, что не обеспечивает условия прямоточности и непрерывности процессов дозирования, измельчения и смешивания компонентов рассыпного комбикорма в единой конструкции.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объект исследования

Проведенный анализ основных способов дозирования, характера протекания процесса и конструкций дозаторов кормов5 показал, что в качестве объекта для дальнейших исследований целесообразно выбрать многокомпонентный барабанный дозатор сухих сыпучих кормов в единой конструкции малогабаритного комбикормового агрегата [15–17].

Методы, оборудование и процедура исследования

На основании ранее проведенных исследований6 в конструкции малогабаритного комбикормового агрегата реализовали принцип прямоточности построения непрерывного технологического процесса при использовании многосекционного бункера с перегородками многокомпонентного объемного дозатора барабанного типа и вертикального измельчителя-смесителя, снабженного молотковым барабаном, сменным решетом и лопастной швырялкой.

Разрабатываемая конструкция малогабаритного комбикормового агрегата (рис. 1) содержит пятисекционный бункер с перегородками 3 , пятикомпонентный барабанный дозатор 2 , измельчитель-смеситель 8 , циклон-разгрузитель 10 и передвижной контейнер 9.

Для реализации разных рецептов комбикорма при разнице объемной массы сыпучих компонентов пятикомпонентный барабанный дозатор 2 выполнен в виде составного ячеистого барабана 4 . Барабан разделен на независимые друг от друга пять отдельных секций и укомплектован пятью сменными звездочками 5 и дисками 6 между ними, которые вращаются на общем горизонтальном валу 7 с приводом от мотор-редуктора 1 . Сменные звездочки 5 имеют четыре различные по объему ячейки, размещенные в разных плоскостях и смещенные одна относительно другой. Такая конструкция позволяет снизить энергоемкость и повысить эффективность процесса дозирования рассыпного комбикорма по заданному рецепту [15].

В измельчителе-смесителе 8 к раме с опорными колесами, салазками и ручкой прикреплен составной цилиндрический корпус с приемной, измельчающей и выгрузной камерами [16; 17]. Закреплено сменное решето с пропуском через вертикальный вал. Молотковый барабан с шарнирными молотками и лопастная швырялка надеты на вертикальный вал, работающий от электропривода посредством клиноременной передачи [16; 17].

Для определения рациональных конструктивно-технологических параметров барабанного дозатора малогабаритного комбикормового агрегата использовали методы определения объемной массы, средневзвешенного диаметра частиц, оценки функциональных показателей, расчета и оценки погрешности производительности, однофакторного экспериментального исследования, обработки результатов измерений.

Р и с. 1. Схема малогабаритного комбикормового агрегата:

• 1    – мотор-редуктор; 2 – пятикомпонентный барабанный дозатор; 3 – пятисекционный бункер с перегородками; 4 - ячеистый барабан; 5 - сменная звездочка; 6 - диск; 7 - вал;

• 8    – измельчитель-смеситель; 9 – передвижной контейнер; 10 – циклон-разгрузитель

F i g. 1. Scheme of a small-sized compound feed unit:

• 1    - gear motor; 2 - five-component drum dispenser; 3 - five-section bunker with partitions;

• 4 – mesh drum; 5 – replaceable sprocket; 6 – disc;

7 – shaft; 8 – grinder-mixer; 9 – mobile container; 10 – cyclone unloader

Источник: рисунок 1 взят из статьи [15].

Source: the picture 1 is taken from the article [15].

На основании расчета в программном комплексе «Корм оптима» получили рецепт полнорационного рассыпного комбикорма для кур-несушек кросса «Хайсекс коричневый» из пяти сыпучих компонентов: зерна пшеницы, кукурузы и сои, жмыха подсолнечного дробленого, смеси обогатительных добавок (премикса П1-2, известняковой муки, монокальцийфосфата и др.) [15].

Используя методику однофакторного эксперимента с последующей статистической обработкой массива данных [15], для исходных компонентов рассыпного комбикорма определили кондиционную влажность с помощью влагомера «Wile-65» и объемную массу с помощью пурки ПХ-1МЦ по ГОСТ 28254-20147. При этом использовали электронные лабораторные весы CAS MWP-3 000 [15].

Средние арифметические значения объемной массы компонентов комбикормовой смеси определили экспериментально с трехкратной повторностью при обеспечении доверительной вероятности 0,95 (табл. 1).

Т а б л и ц а 1

T a b l e 1

Значения объемной массы компонентов рассыпного комбикорма

Volume mass values of loose compound feed components

Наименование / Name	Влажность, % / Humidity, %	Объемная масса, кг/м3 / Volume mass, kg/m3
Пшеница (зерно) / Wheat (grain)	8,2	781,5
Соя (зерно) / Soybean (grain)	8,3	740,3
Добавки обогатительные / Enrichment additives	7,9	1 155,7
Жмых подсолнечный / Sunflower cake	6,2	607,4
Кукуруза (зерно) / Corn (grain)	8,1	671,7

Источник: таблицы 1–7 составлены авторами статьи.

Source: the tables 1–7 were compiled by the authors of the article.

Расчетное значение подачи каждого компонента комбикорма было согласовано с рецептом для кур-несушек кросса «Хайсекс коричневый», а общая подача всех составляющих кормовой смеси исследуемым барабанным дозатором согласована с производительностью (пропускной способностью) измельчителя-смесителя.

По рецепту и опытным значениям объемной массы для каждого компонента рассыпного комбикорма рассчитали рациональные значения параметров звездочек ячеистого барабана с учетом принятых значений частоты его вращения n = 32 мин^–1, длины рабочей части l = 50 мм, числа z = 4 шт. и коэффициента заполнения ячеек звездочек φ = 0,85 (табл. 2).

Т а б л и ц а 2

T a b l e 2

Значения параметров звездочек ячеистого барабана Values of the parameters of the mesh drum sprockets

Компоненты рассыпного комбикорма / Components of loose compound feed		Подача q / Supply q			Параметры ячейки звездочки / Sprocket cell parameters
		Расчетная/ Calculated		С учетом, φ = 0,85 / Taking into account φ = 0.85	Объем V , / Volume V	Площадь поперечного сечения S / Cross-sectional area S
Состав / Composition	%	кг/ч / kg/h	мм3/с / mm3/s	мм3/с / mm3/s	мм3 / mm3	мм2 / mm2

Пшеница / Wheat	35	87,502	31101,2	35766,3	16775,95	335,51910
Соя / Soybean	15	37,501	14070,9	16181,5	7589,82	151,79650
Добавки / Additives	11,445	28,613	6877,1	7908,7	3709,53	74,19059
Жмых / Cake	15	37,501	17149,6	19722,0	9250,49	185,00970
Кукуруза / Corn	23,555	58,889	24352,6	28005,5	13135,78	262,71560

Из полученных значений площади поперечного сечения ячеек звездочек: S 1 = 335,5191 мм 2 , S 2 = 151,7965 мм 2 , S 3 = 74,19059 мм 2 , S 4 = 185,0097 мм 2 , S 5 = 262,7156 мм² определили глубину и ширину ячеек. В соответствии с полученными результатами изготовили опытный образец пятисекционного ячеистого барабана с пятью сменными звездочками, выполненными на 3D-принтере из PETG-пластика.

В связи с тем, что размеры частиц исходного материала оказывали большое влияние на процесс дозирования, конструктивно-технологические параметры рабочих органов и производительность барабанного дозатора, возникла необходимость в определении средневзвешенного диаметра частиц исходного материала в соответствии с зоотехническими требованиями. Такие требования предъявляются к качеству получаемой кормосмеси в результате дозирования, измельчения и смешивания ее компонентов.

Средневзвешенный диаметр частиц исходных компонентов определяли ситовым способом с учетом требований ГОСТ 13496.8-728. Для этого в течение 5 минут просеивали навески исходных компонентов массой по 100 г на лабораторном рассеве У1-ЕРЛ-1-1 с набором штампованных сит, составленными в порядке уменьшения диаметров круглых пробивных отверстий от 5,0 до 0,2 мм. Остатки на ситах и поддоне взвешивали с точностью до 0,01 г на весах ВК-600. За окончательный результат принимали среднеарифметическое результатов двух параллельных определений. Допускаемые расхождения между результатами параллельных определений не превышали 0,1 %.

Средневзвешенный диаметр частиц d , мм, вычисляли по формуле⁹:

n d=z i=1

d i p i = d 1 p 1 + d 2 p 2 + ... + d n p n 100           100

где d i - средний размер отверстий двух смежных сит, мм; p i - весовой выход (масса) частиц класса, % (Σ _рi = 100 %).

Для проведения лабораторных однофакторных экспериментов разработали и изготовили экспериментальную установку (рис. 2), в состав которой вошли: пятисекционный бункер 1 ; пятикомпонентный барабанный дозатор 4 с электроприводом от компактного червячного мотор-редуктора 2 серии NMRV030-30-30-0, 12кВт-63B14. Для измерения мощности в трехфазной цепи переменного тока использовали встроенный ваттметр комплекта измерительного 3 серии К505, для взвешивания массы навесок компонентов рассыпного комбикорма – весы MASter MS-10, для регистрации времени опытов – секундомер механический СОСпр-2б-2, частоту вращения ячеистого барабана измеряли при помощи тахометра часового ТЧ 10-Р.

Р и с. 2. Экспериментальная установка пятикомпонентного барабанного дозатора:

• a)    общий вид экспериментальной установки:

• 1    - пятисекционный бункер с перегородками; 2 - мотор-редуктор;

• 3 – комплект измерительный К505; 4 – пятикомпонентный барабанный дозатор;

• b)    пятисекционный бункер с дозируемыми компонентами комбикорма;

• c)    пятисекционный ячеистый барабан (вид снизу)

F i g. 2. Experimental installation of a five-component drum dispenser:

• a)    general view of the experimental installation:

• 1    - five-section bunker with partitions; 2 - gear motor; 3 - measuring kit K505;

4 – five-component drum dispenser;

• b)    five-section bunker with dosed compound feed components;

• c)    five-section cellular drum (bottom view)

Источник: фотографии для рисунка 2 сделаны С. Ф. Вольваком при проведении лабораторных экспериментов в 2025 г .

Source: the photographs were taken by S. F. Volvak during laboratory experiments in 2025 .

Оценку качества работы исследуемого барабанного дозатора кормов проводили на каждом из компонентов рассыпного комбикорма при номинальном режиме согласно СТО АИСТ 19.2-200810. Дозатор включали в работу на 0,4 ч с целью обеспечения выполнения устойчивого технологического процесса и надежности соединений.

Расчетное значение производительности (подачи) каждого компонента кормовой смеси в отдельных пяти секциях ячеистого барабана q_d , кг/ч определяли по формуле [15]:

qd = 60Slznγφ, где S - площадь поперечного сечения одной ячейки звездочки в секции ячеистого барабана, м2; l – длина рабочей части ячеек звездочки в секции ячеистого барабана, l = 50 ∙ 10-3 м; z – число ячеек звездочки в секции ячеистого барабана, z = 4 шт.; n – частота вращения ячеистого барабана, n = 32 мин-1; γ – объемная масса продукта (материала), кг/м3; φ – коэффициент заполнения ячеек звездочек, φ = 0,85 [15].

Опыты проводили в пятикратной повторности на навесках, отобранных в соответствии с заданным рецептом (5 кг для пшеницы, 3 кг для сои, 2 кг для добавок, 3 кг для жмыха подсолнечного и 4 кг для кукурузы). После чего, для определения точности (погрешности) дозирования компонентов комбикорма, находили разницу между фактической и расчетной производительностью барабанного дозатора кормов. Полученные значения обрабатывали методами математической статистики.

В кормоприготовлении допускается относительная погрешность объемных дозаторов 10–12 %. На погрешность влияет нестабильность таких свойств кормовых материалов, как объемная масса, коэффициенты трения, угол естественного откоса, угол обрушения. Эти свойства, в свою очередь, зависят от влажности корма, его гранулометрического состава и др.11.

При использовании объемных дозаторов погрешность внесения компонентов, составляющих в рецепте более 30 %, допускается до +1,5 %; 10-30 % -до ±1,0 %; 3–10 % – до ±0,5 %; менее 3 % – до ±0,1 % суммарного количества всех компонентов12. При этом соответствие исследуемого барабанного дозатора непрерывного действия заданным условиям работы оценивали исходными (зоотехническими) требованиями к точности дозирования, которые рассматривали как технологический допуск на процесс дозирования в зависимости от доли компонента рассыпного комбикорма (для пшеницы Δ ≤ ±1,5 %; для остальных компонентов Δ ≤ ±1,0 %)13.

Определили значение и оценили погрешность производительности дозатора с учетом ОСТ 70.19.2-8314, СТО АИСТ 19.2-2008, ГОСТ Р 8.736-201115 и других источников16 [18; 19] по формулам:

т q=3600m, где q - производительность дозатора, кг/ч; m - масса навески за опыт, кг; t - время опыта, с;

n

E qi i=1

n где q - средняя производительность дозатора кг/ч; q.- производительность дозатора в i-ой повторности, кг/ч; n – количество повторностей, n = 5;

n

Е ( q i - q ) 2

i = 1

n - 1

где σ – среднеквадратическое отклонение (погрешность) производительности дозатора за фиксированное время, кг/ч;

Д = qmax qmin .100% q где A - точность дозирования как технологический допуск производительности дозатора, %; qmax qmin - производительность дозатора, соответственно, максимальная и минимальная, кг/ч;

v = з-100%, q где v - относительная погрешность производительности дозатора как коэффициент вариации, %.

С помощью коэффициента вариации подачи оценивали неравномерность дозирования и относительную меру разброса подачи дозатора относительно среднего значения. Лучший дозатор тот, у которого коэффициент вариации ν меньше. Для дозирования дерти, комбикормов и их компонентов необходимо, чтобы ν ≤ 5 %¹⁷.

Значение удельной энергоемкости процесса дозирования E d , кВт^ч/т, выполняемого исследуемым барабанным дозатором, определяли по экспериментально полученным значениям производительности q , кг/ч, и потребляемой на процесс дозирования мощности N_d , Вт, без учета мощности, необходимой на холостой ход, по формуле:

Таким образом, в качестве основных показателей работы барабанного дозатора рассыпного комбикорма непрерывного действия, характеризующих его пригодность к выполнению технологического процесса, приняли: производительность q каждого компонента (с возможностью ее регулирования в пределах установленной пропорции); точность дозирования Δ (технологический допуск); неравномерность дозирования (среднеквадратическое отклонение σ и коэффициент ν вариации производительности); удельная энергоемкость процесса дозирования Е_d .

Допустимые отклонения по массе каждого дозируемого компонента комбикорма определяли умножением расчетной массы в единицу времени на установленные нормированные коэффициенты (в зависимости от процентного содержания компонентов в рецепте). Для исследуемого барабанного дозатора кормов при содержании каждого компонента в рецепте рассыпного комбикорма более 10 % значение нормированного коэффициента составило 0,1 (10 %) для каждого компонента18.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Полученные результаты ситового анализа навесок компонентов рассыпного комбикорма представлены в таблице 3.

Т а б л и ц а 3

T a b l e 3

Результаты ситового анализа навесок компонентов рассыпного комбикорма Results of sieve analysis of attachment of loose compound feed components

Компоненты рассыпного комбикорма / Components		Размеры отверстий сит, мм / The size of the sieve holes, mm		Средневзвешенный диаметр частиц, мм / Weighted average
	Повторность / Repetition	0    0,2    1,0     2,0     3,0     4,0	5,0
		Средний размер частиц, мм / Average particle size, mm
of loose compound feed		0,1    0,6     1,5     2,5     3,5     4,5	5,5	particle diameter,
		Остатки на ситах, г / Residues on sieves, g		mm

Пшеница /	1	0	0	0,12	3,93	83,93	12,02	0	3,6
Wheat	2	0	0	0,12	3,93	83,89	12,06	0
Соя /	1				–				6,6
Soybean	2
Добавки /	1	61,01	29,51	7,90	1,48	0,10	0	0	0,4
Additives	2	60,95	29,55	7,92	1,48	0,10	0	0
Жмых /	1	7,21	32,57	17,68	12,99	10,81	9,77	8,97	2,1
Cake	2	7,22	32,64	17,75	12,93	10,77	9,74	8,95
Кукуруза /	1				–				7,1
Corn	2

Источник: средневзвешенный диаметр частиц сои и кукурузы взят из¹⁹.

Source: weighted average of the diameter of soybean and corn particles is taken from the¹⁹.

Результаты экспериментального определения производительности барабанного дозатора по каждому компоненту рассыпного комбикорма представлены в таблице 4. Расчет массы навески в целом производили на опытных данных по суммарной производительности, приведенных к минимальному времени опытов.

Т а б л и ц а 4

T a b l e 4

Результаты определения производительности барабанного дозатора кормов Results of determining the productivity of the drum feed dispenser

Наименование показателя / Naming of the indicator Повторность / Repetition Сумма / The amount Среднее арифметическое значение / The arithmetic mean 1 2 3 4 5 Масса навески, кг / 5 Пшеница / Wheat 555 5 25 5 Weight of the attachment, kg Время опыта, с / Experiment time, s Производительность, 162 161 162 163 161 809 161,8 111,111 111,801 111,111 110,429 111,801 556,253 111,251 кг/ч / Productivity, kg/h Масса навески, кг / 3 Соя / Soybean 333 3 15 3 Weight of the attachment, kg Время опыта, с / Experiment time, s Производительность, 228 227 229 228 227 1139 227,8 47,368 47,577 47,162 47,368 47,577 237,052 47,410 кг/ч / Productivity, kg/h Масса навески, Добавки обогатительные / 222 Enriching additives 2        2        10 2 кг / Weight of the attachment, kg Время опыта, с / Experiment time, s Производительность, 196 196 197 196 196 981 196,2 36,735 36,735 36,548 36,735 36,735 183,488 36,698 кг/ч / Productivity, kg/h Масса навески, Жмых подсолнечный / 333 Sunflower cake 33 15 3 кг / Weight of the attachment, kg Время опыта, с / Experiment time, s Производительность, 225 225 225 226 226 1127 225,4 48,000 48,000 48,000 47,788 47,788 239,576 47,915 кг/ч / Productivity, kg/h Масса навески, 4 Кукуруза / Corn 444 4 20 4 кг / Weight of the attachment, kg Время опыта, с / Experiment time, s Производительность, 194 193 193 194 194 968 193,6 74,227 74,611 74,611 74,227 74,227 371,903 74,381 кг/ч / Productivity, kg/h Масса навески, Рассыпной комбикорм / Loose compound feed 14,285   14,255   14,284   14,333   14,228   71,385 14,277 кг / Weight of the attachment, kg Время опыта, с / Experiment time, s Производительность, 162 161 162 163 161 809 161,8 317,441 318,724 317,432 316,547 318,128 1588,272 317,655 кг/ч / Productivity, kg/h

Расчет оценки погрешности производительности показал, что по среднеквадратическому отклонению, технологическому допуску и коэффициенту вариации исследуемый барабанный дозатор кормов соответствует требованиям к процессу дозирования сыпучих компонентов рассыпного комбикорма (табл. 5).

Т а б л и ц а 5

T a b l e 5

Расчет оценки погрешности производительности барабанного дозатора кормов Calculation of the error of a drum feed dispenser productivity

Компоненты / Components	Пшеница / Wheat	Соя / Soybean	Добавки / Additives	Жмых / Cake	Кукуруза / Corn	Всего / Total
С редняя производительность q, кг/ч / Average productivity q , kg/h	111,251	47,410	36,698	47,915	74,381	317,655
Среднеквадратическое отклонение σ, кг/ч / Standard deviation σ, kg/h	0,574	0,174	0,084	0,116	0,210	0,820
Технологический допуск Δ, % / Technological allowance Δ, %	1,233	0,875	0,510	0,442	0,516	0,685
Коэффициент вариации ν , % /	0,516	0,367	0,229	0,242	0,282	0,258

Coefficient of variation ν , %

Расчет нормы отклонения дозируемых компонентов комбикормовой смеси показал, что допустимые отклонения от общей массы порции находятся в пределах установленных нормированных коэффициентов20 (табл. 6).

Т а б л и ц а 6

T a b l e 6

Расчет нормы отклонения дозируемых компонентов рассыпного комбикорма Calculation of the deviation norm for the dosed components of loose compound feed

Компоненты / Components	Норма ввода компонентов по рецепту, % / The norm of input of components by recipe, %	Требуемая производительность дозатора, кг/ч / Required productivity dispenser, kg/h		Допустимые отклонения
				в дозировании, кг/ч / in the dosage, kg/h		от общей массы порции, % / of the total mass of the portion, %
		расчетная / calculated	фактическая / actual	расчетные / calculated	фактические / actual	расчетные / calculated	фактические / actual
Пшеница / Wheat	35	87,502	111,251	±8,7502	±11,1251	±3,50	±3,50
Соя / Soybean	15	37,501	47,410	±3,7501	±4,7410	±1,50	±1,49
Добавки / Additives	11,445	28,613	36,698	±2,8613	±3,6698	±1,14	±1,16
Жмых / Cake	15	37,501	47,915	±3,7501	±4,7915	±1,50	±1,51
Кукуруза / Corn	23,555	58,889	74,381	±5,8889	±7,4381	±2,36	±2,34
Всего / Total	100	250,006	317,655	±25,0006	±31,7655	±10	±10

Сопоставление полученных экспериментальных данных по отдельным компонентам и в целом по рассыпному комбикорму (табл. 7) показало, что увеличение значений фактической производительности q a по отношению к значениям расчетной производительности q_d можно выразить в виде поправочного коэффициента производительности дозатора k . На его величину влияют конструктивные зазоры между ячеистым барабаном и корпусом барабанного дозатора, а также средневзвешенный диаметр исходных частиц компонентов рассыпного комбикорма, что необходимо учитывать в дальнейших исследованиях.

Т а б л и ц а 7

T a b l e 7

Сопоставление расчетной и фактической производительности и расчет коэффициента производительности барабанного дозатора кормов

Comparison of calculated and actual productivity and calculation of the productivity coefficient of the drum feed dispenser

Компоненты рассыпного комбикорма / Components of loose compound feed

Показатель / Indicator

Пшеница / Wheat

Соя / Soybean

Добавки / Additives

Жмых / Cake

Кукуруза/ Corn

Всего / Total

кг/ч / kg/h

%

кг/ч / kg/h

%

кг/ч / kg/h

%

кг/ч / kg/h

%

кг/ч / kg/h

%

кг/ч / kg/h

%

qd   87,502   35   37,501    15   28,613  11,445 37,501    15    58,889 23,555 250,006 100 qa   111,251 35,023 47,410 14,925 36,698  11,553 47,915  15,084  74,381 23,415 317,655 100 ±   +23,749 +0,023 +9,909 –0,075 +8,085 +0,108 +10,414 +0,084 +15,492 –0,140 +67,649 0 k       1,27141        1,26423        1,28256        1,27770        1,26307       1,27059

Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что при дозировании сыпучих кормов следует исходить из соответствия рецепту рассыпного комбикорма и производительности барабанного дозатора. При этом целесообразно учитывать значения средневзвешенного диаметра частиц исходных компонентов для установления рациональных конструктивно-технологических параметров и достижения высокой точности изготовления конструкции барабанного дозатора.

Установлены средневзвешенные диаметры частиц исходных компонентов рассыпного комбикорма, которые оказывают большое влияние на процесс объемного непрерывного дозирования, конструктивно-технологические параметры рабочих органов и производительность многокомпонентного барабанного дозатора.

Изготовлена экспериментальная установка пятикомпонентного барабанного дозатора с электроприводом от червячного мотор-редуктора и пятисекционным бункером с перегородками. Конструкция опытного образца пятисекционного ячеистого барабана имеет выполненные на 3D-принтере из PETG-пластика пять сменных звездочек с четырьмя ячейками, различными по геометрической форме и объему, размещенными не в одной плоскости и смещенными одна относительно другой.

ОБСУЖДЕНИЕ

Концепция повышения эффективности технологического процесса приготовления рассыпных комбикормов путем объединения систем дозирования, измельчения и смешивания сухих сыпучих кормов в единую конструкцию малогабаритного комбикормового агрегата позволила обеспечить прямоточность построения и непрерывность процесса, а также получение более однородного состава готового продукта в установленной пропорции.

Энергетическая оценка по установленной мощности электродвигателя предварительно показала, что удельный расход энергии (кВт^ч на единицу производительности) экспериментальной конструкции, равный 0,38 кВт-ч/т, примерно сопоставим с существующими конструкциями барабанных дозаторов – 0,33 кВт·ч/т 21. При этом мощность, потребляемая на процесс дозирования рассыпного комбикорма, в среднем составила 63,6 Вт.

Прослеживается взаимосвязь величин средневзвешенного диаметра частиц исходного материала (табл. 3) и коэффициента производительности дозатора (табл. 7): с увеличением средневзвешенного диаметра частиц величина коэффициента производительности дозатора снижается, зависимость близка к линейной.

Разница между полученным и заданным процентным содержанием (относительными долями) отдельных компонентов в рецепте находится в пределах допустимой погрешности (для пшеницы – ±1,500 %, для остальных компонентов – ±1,000 %).

Превышение полученных значений фактической производительности по всем компонентам рассыпного комбикорма по сравнению со значениями расчетной производительности (табл. 7) можно объяснить наличием неучтенных в расчетах конструктивных зазоров между ячеистым барабаном и корпусом дозатора. Поэтому в качестве расчетных целесообразно принять среднее значение фактической производительности, которая показывает, какое количество корма может подавать ячеистый барабан при условии заполнения его ячеек с учетом зазоров. При этом, принимая во внимание технологические аспекты, необходимо стремиться к уменьшению этих зазоров, что, однако, может привести к трению или заклиниванию между узлами из-за конструктивных особенностей.

Таким образом, предлагается уточненная формула для определения расчетного значения производительности каждого компонента в отдельных секциях ячеистого барабана многокомпонентного барабанного дозатора q a , кг/ч, с учетом эмпирического коэффициента производительности k , определяемого экспериментально:

q_a = q_d k .

В связи с этим для дальнейших исследований в качестве расчетного значения производительности многокомпонентного барабанного дозатора целесообразно принять полученные экспериментально средние значения производительности по каждому компоненту: для пшеницы – 111,3 кг/ч; для сои – 47,4 кг/ч; для добавок – 36,7 кг/ч; для жмыха – 47,9 кг/ч; для кукурузы – 74,4 кг/ч и в целом по рассыпному комбикорму – 317,7 кг/ч. Удельная энергоемкость процесса дозирования в среднем составила 0,2 кВт·ч/т.

Полученные экспериментальные данные по средней производительности, среднеквадратическому отклонению, технологическому допуску, коэффициенту вариации, нормам допустимых отклонений, погрешности внесения компонентов по рецепту и удельной энергоемкости процесса дозирования свидетельствуют о высокой эффективности работы барабанного дозатора при соответствии предъявляемым требованиям к процессу дозирования сыпучих компонентов рассыпного комбикорма.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для обеспечения необходимой подачи исходных компонентов рассыпного комбикорма и согласованной работы барабанного дозатора с измельчителем-смесителем в соответствии с рецептом для кур-несушек кросса «Хайсекс коричневый» получены рациональные конструктивно-технологические параметры ячеистого барабана многокомпонентного барабанного дозатора: частота вращения n = 32 мин^-1; длина рабочей части ячеек звездочек l = 50 мм; число ячеек звездочек z = 4 шт.; объем ячеек звездочек V ₁ = 16 776 мм³; V ₂ = 7 590 мм³; V ₃ = 3 710 мм³; V ₄ = 9 250 мм³; V ₅ = 13 136 мм³.

Разработанная конструкция многокомпонентного барабанного дозатора с определенными параметрами за счет более стабильного и равномерного дозирования сыпучих компонентов рассыпного комбикорма позволит добиться упрощения технологической схемы, получения однородного состава и уменьшения себестоимости готового продукта. При ее применении возможно снижение энергозатрат, повышение надежности и эффективности работы агрегата.

В перспективе, в зависимости от заданного рецепта и количества сыпучих компонентов рассыпного комбикорма для разных видов и возрастных групп животных и птицы, возможна установка ячеистого барабана многокомпонентного барабанного дозатора с другими конструктивными параметрами. Это позволит в целом повысить эффективность прямоточного непрерывного технологического процесса приготовления рассыпного комбикорма разрабатываемым малогабаритным комбикормовым агрегатом по сравнению с другими конструкциями. При этом разработанный многокомпонентный барабанный дозатор может быть использован не только при компоновке предлагаемого малогабаритного комбикормового агрегата, но и при разработке конструкций комбикормовых агрегатов различных типоразмеров и производительности.

Таким образом, создание более эффективного, надежного и гибкого многокомпонентного барабанного дозатора малогабаритного комбикормового агрегата отвечает современным требованиям сельского хозяйства и способствует оптимизации технологического процесса приготовления рассыпного комбикорма.