Результаты исследований бункера-питателя грубых и сочных кормов ПЗМ-1,5 с модернизированными рабочими органами

Введение. Важным звеном в составе технологических линий по производству кормосме-сей для крупного рогатого скота является бункер-питатель. Однако, как показывают данные ряда исследований [1, 2], существующие бункеры-питатели кормов имеют низкую производительность, высокую неравномерность дозирования. Они узко специализированы по типам и видам кормов [3, 4]. Так, питатели ПЗМ-1,5 и КТУ-20.000 имеют неравномерность выдачи грубых и сочных кормов от 30 до 45%, что более чем в два раза выше допустимой, и работоспособны лишь на измельчённых кормах.

В связи с этим осуществлена модернизация бункера-питателя кормов ПЗМ-1,5, направленная на снижение неравномерности дозирования и использование его в поточной линии приготовления кормовых смесей для крупного рогатого скота.

При определении приоритетных направлений в создании дозирующих устройств для измельченных стебельных кормов необходимо учитывать существенное влияние технологической схемы проектируемого устройства и ряд других факторов (колебания влажности, плотность, фракционный состав и геометрические параметры порции корма), влияющих на равномерность выдачи как функциональный показатель качества процесса.

Получение новых зависимостей влияния фракционного состава корма на равномерность дозированной выдачи измельченных стебельных кормов позволило уточнить ранее определенные [3, 7, 9, 10] факторы, влияющие на равномерность выдачи этих кормов дозирующими устройствами, имеющими разные технологические решения (таблица 1).

Таблица 1 – Составные неравномерности подачи измельченного стебельного корма дозирующими устройствами

Table 1 – Compound irregularities in the supply of crushed stalk feed by metering devices

Наименование дозирующих устройств The name of the dispensing devices	Производительность Q , кг/с Productivity Q , kg/s	Среднее квадратичное отклонение массы порции σ , кг Standard deviation of portion weight σ , kg	Долевое влияние факторов на среднее квадратичное отклонение σ , % Fractional influence of factors on the standard deviation σ , %
			влажности корма σ в feed moistur e σ в	плотности корма σ ρ density feed σ ρ	фракционности корма σ ф fractional feed σ ф	конструкции дозирующего устройства σ к dosing device designs σ к
Битерный Beater	6,4–23,7	3,85–5,80	0,08–1,16	1,22–16,24	2,00–7,48	75,14–96,70
Активно-битерный Active-beater	5,3–27,3	2,23–6,41	0,32–1,10	4,53–15,97	3,58–10,35	76,04–87,47
Транспортерный Conveyor	3,3–6,4	0,62–1,21	3,35–3,40	14,30–16,50	27,90–43,90	27,40–62,30
Транспортерно-дозирующий Conveyor and dosing	0,8–7,62	0,47–1,47	0,20–1,65	–	0,10–3,70	94,40–99,00
Битерно-дозирующий Beater-dosing	3,51–27,07	0,40–2,09	5,00–10,30	23,80–52,80	1,35–36,40	0,61–70,00

Устранение известных недостатков применением подающего транспортера и счёсывающего битера дало возможность снизить влияние основных факторов состояния корма и технологического решения.

Модернизация бункера-питателя грубых и сочных кормов ПЗМ-1,5 состояла в замене дозирующих битеров штифтовым дозирующим транспортёром и установке счёсывающего эксцентрикового битера. Кроме того, для стабилизации плотности кормов по ширине бункера он был оснащён битерами-рыхлителями.

Целью исследований является выявление технологических факторов, кинематических режимов и конструктивных форм рабочих органов, влияющих на эффективность процесса дозирования грубых и сочных кормов, и установление их рациональных значений.

Методика исследований. Известно, что бункеры-питатели грубых и сочных кормов используют объёмный принцип дозирования. При этом величина порции корма определяется плотностью и объёмом корма, выдаваемым за единицу времени [4, 8].

Плотность порции зависит в основном от формы его заготовки и является величиной переменной, зависящей от высоты слоя корма в бункере [5, 6].

В случае, если плотность корма достаточно стабильна, требуется лишь поддерживать постоянный объём порции.

Исходя из условия непрерывности потока кормов и равенства производительностей дозирующего и подающего транспортёров, получим:

BHV n P = BHV_gp_x , (1) где B – ширина слоя корма в питателе, м;

• H, H 1 – высота слоя корма, м;

• V n , V g – скорость подающего и дозирующего транспортёров, м/мин;

ρ, ρ 1 – плотности корма на подающем и дозирующем транспортёрах, кг/м³.

Анализ выражения (1) показывает, что плотность и величина объёма порции корма зависит от высоты слоя его на транспортёре при условии постоянства плотности по ширине потока.

В основу методики исследований был положен метод планирования эксперимента с дисперсионным анализом результатов исследований. Входными параметрами объекта исследований являлись физико-механические свойства кормов, скорость подающих, дозирующих и рыхлящих рабочих органов модернизированного бункера-питателя.

Выходными параметрами являлись: производительность, удельный расход энергии, неравномерность выдачи корма, степень рыхления материала.

За критерий оптимизации приняли неравномерность выдачи, оцениваемую коэффициентом вариации. Степень рыхления определяли по выражению

K = ^p ,              (2)

P 2

где ρ 1 – плотность материала слежавшегося (прессованного), кг/м³;

ρ 2 – плотность материала после рыхления, кг/м³.

Производительность и удельный расход энергии определяли по общепринятым методикам.

Исследуемые факторы и уровни их варьирования приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Факторы и уровни варьирования

Table 2 – Factors and levels of variation

№ п/п №	Факторы Factors	Условные обозначения Symbols	Уровни варьирования Variation levels
			1	2	3	4
1	Скорость подающего транспортёра, м/мин Feed conveyor speed, m/min	V n	0,34	0,51	0,78	1,02
2	Скорость дозирующего транспортёра, м/мин Dosing conveyor speed, m/min	V д	20	30	37,5	–
3	Высота установки счёсывающего битера, мм Installation height of the combing beater, mm	h	150	250	350	450

В качестве исследуемых материалов были приняты сено средней плотностью ρ с = 100 кг/м³ и силос кукурузный после выгрузки из траншеи плотностью ρ ск = 278 кг/м³.

Результаты исследований и их обсуждение. Результаты исследований влияния скорости подачи Vn на производительность Q и неравномерность выдачи сена σ (рисунок 1) показывают, что увеличение скорости подающе- го транспортёра с 0,34 до 0,78 м/мин вызывает рост производительности питателя при дозированной выдаче сена с 1,33 до 3,2 т/ч, неравномерность выдачи при этом снижается до 10– 12%.

Рост производительности питателя и снижение неравномерности дозирования при выдаче силоса происходит более интенсивно (рисунок 1).

V n, m / min

Рисунок 1 – Зависимость производительности Q и коэффициента неравномерности выдачи кормов σ от скорости подающего транспортёра V п

Figure 1 – Dependence of productivity Q and coefficient of non-uniformity of feed dispensing σ on the speed of the feeding conveyor V п

Оптимальное значение скорости подающего транспортёра, обеспечивающее требуемое качество дозирования, находится в пределах 0,6–0,8 м/мин при выдаче сена и 0,9–1,0 при выдаче силоса.

Увеличение высоты установки счёсывающего битера на дозирующем транспортёре с 250 до 400 мм также оказывает заметное влияние на производительность. Так, на выдаче сена производительность питателя возросла при средней скорости Vn= 0,01 м/с с 1,9 до 3,1 т/ч. При этом увеличилась и неравномерность дозирования с 10 до 20%, что объясняется недо- статочным воздействием пальцев счёсывающего битера на слой дозируемого корма.

Положительно сказывается на качестве дозирования и снижении энергоёмкости процесса увеличение скорости дозирующего транспортёра V д и счёсывающего битера (рисунок 2). Увеличение скорости дозирующего транспортёра не оказывает существенного влияния на рост производительности питателя. Так, при изменении скорости дозирующего транспортёра с 20 до 37,5 м/мин производительность питателя на выдаче силоса возросла с 17,2 до 18,4 т/ч, неравномерность дозирования при этом снизилась с 21,93 до 14,6%.

kSmx ч kW х h q-^^q~

1(1

8 _

6 _

4 _

2_

О J

V n, м/мин

V n, m / min

Рисунок 2 – Зависимость производительности Q , коэффициента неравномерности выдачи ν и удельного расхода энергии q в зависимости от скорости дозирующего транспортёра V д

• Figure 2 – Dependence of productivity Q, coefficient of uneven delivery ν

and specific energy consumption q depending on the speed of the dosing conveyor V д

Выводы. По полученным данным для обеспечения технологического процесса дозирования стебельных кормов, удовлетворяющего зоотехническим требованиям, необходимо соблюдать условие, при котором скорость дозирующего транспортёра была бы выше скорости подающего транспортёра.

Существенного влияния на энергоёмкость процесса высота установки счёсывающего битера не оказывает, поэтому высота установки битера, обеспечивающая заданную неравномерность выдачи, может быть в пределах 250– 270 мм.

Исследованиями влияния битеров-рыхлителей на формирование слоя корма одинаковой высоты и плотности установлены оптимальные скорости вращения битеров: верхнего – 335 мин-1, нижнего – 405 мин-1; форма рабочего органа: для сена – пальцевые ножи, для силоса – битер. Степень рыхления при этом составляет 4–5.