РЕЗУЛЬТАТЫ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГРАВИТАЦИОННОГО ДОЗАТОРА

1 УДК РЕЗУЛЬТАТЫ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГРАВИТАЦИОННОГО ДОЗАТОРА Семенцов В.В., ассистент, Бойко И.Г., профессор (Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства имени Петра Василенко) В статье приведены результаты экспериментальных исследований гравитационного дозатора сыпучих материалов направленные на определение его оптимальных конструктивно-режимных параметров. Постановка проблемы. Современная технология ведения животноводства выдвигает новые задачи по совершенствованию существующих и разработке новых способов приготовления кормовых смесей для животных, способствующих снижению потерь питательных веществ и повышению их качества. Одним из основных путей повышения продуктивности, увеличения производства продукции и снижение ее себестоимости является полноценное кормление животных. Для решения вопроса полноценного кормления сельскохозяйственных животных должен быть создан ряд взаимосвязанных технологических операций и машин, которые обеспечат строгое соблюдение соотношения компонентов рациона и равномерное их смешивание. В этой связи процесс дозирования компонентов играет основную роль как фактор, от выполнения которого зависит качество конечного продукта и его себестоимость. Анализ технологического процесса дозирования сыпучих компонентов кормовых смесей [, ] показал, что существующие объемные дозаторы не в полной мере отвечают современным зоотехническим требованиям по точности дозирования, особенно высоко питательных компонентов кормовых смесей, например, премиксов, имеют высокую энергоемкость и металлоемкость. Для дозирования премиксов в технологической линии приготовления комбикормов опытного хозяйства «Кутузовка» НИИ животноводства НААН Украины нами предложена новая конструкция гравитационного дозатора сыпучих кормов [3], который состоит (рис. ) из наддозаторного бункера, дна бункера выполненного в виде горизонтально расположенной части цилиндрической трубы с отверстиями 3, внутри которой установлена ворошилка, которая состоит из двух секторов 5, закрепленных на приводном валу 6 и соединенных между собой прутками 7, пересечение которых является ромбом. Разрушение сводов над отверстиями дна бункера, которое способствует истеканию сыпучего корма, происходит при колебании ворошилки вокруг приводного вала с амплитудой равной диаметру отверстий дна дозатора. Регулирование производительности дозатора осуществляется заслонкой 8, за счет перекрытия отверстий дна дозатора. 67

2 Рисунок Конструктивная схема гравитационного дозатора сыпучих кормов Дозатор сыпучих кормов работает следующим образом. Сыпучие корма загружаются в наддозаторний бункер и образуют над отверстиями 3 дна стойкие своды и их высыпание не происходит. При осуществлении колебаний ворошилки происходит разрушение сводов и сыпучие кормы под действием гравитационных сил равномерно высыпаются из дозатора. Заданная производительность дозатора осуществляется заслонкой 8, за счет перекрытия части отверстий 3 дна дозатора. Кроме того ворошилка, взаимодействуя с сыпучим кормом, стабилизирует его плотность в зоне формирования дозы, что обеспечивает равномерность дозирования. Цель исследований. Определение оптимальных конструктивных и технологических параметров дозатора, обеспечивающих максимальную точность дозирования ингредиентов комбикормов. Результаты исследований. С целью оптимизации конструктивнорежимных параметров гравитационного дозатора сыпучих кормов рациональным является использование метода планирования эксперимента, который позволяет решить вышеназванную задачу с достаточной для практики точностью, сокращая при этом затраты труда, время и средства, что делает его наиболее экономически привлекательным. Экспериментальные исследования проводились на экспериментальной установке (рис. ), которая позволяет изменять значения исследуемых факторов согласно плану эксперимента. Для получения экспериментальных математических зависимостей влияния конструктивно-кинематических факторов дозатора на неравномерность дозирования и определение его оптимальных параметров была применена методика планирования многофакторного эксперимента и реализован трехуровневый план второго порядка Бокса-Бенкина []. 68

3 Рисунок. Экспериментальная установка для исследования гравитационного дозатора сыпучих кормов: рама; гравитационный дозатор; 3 наддозаторный бункер; привод дозатора; 5 пробоотборник В результате теоретических исследований и поисковых опытов установлено, что основное влияние на параметр оптимизации (неравномерность дозирования) оказывают следующие факторы: кинематические частота и амплитуда колебаний ворошилки, конструктивный диаметры отверстий дна дозатора. За параметр оптимизации при этом принято неравномерность дозирования, которую определяем коэффициентом вариации. Перед началом эксперимента производилось кодирование факторов по известным формулам [] (таблица ). Таблица - Кодированное значение факторов и уровни их варьирования Обозначение фактора X X X 3 Наименование фактора Частота колебаний ворошилки,, с Амплитуда колебаний ворошилки, а, мм Диаметры отверстий дна дозатора, d, мм Нулевой уровень, X i 5 7,5 Интервал варьирования, ε i 5,5 5 Верхний уровень фактора Нижний уровень фактора

4 Опыты проводились в трехкратной повторности с учетом рандомизации. Рандомизация опытов проводилась с использованием таблицы случайных чисел. Трехуровневый план второго порядка Бокса Бенкина, а также матрица плана и результаты проведения экспериментов приведены в таблице. точки плана Таблица - Матрица планирования экспериментов и результаты опытов Рандомизация опыта х х х 3 х х х х 3 х х 3 х х х 3 Результаты экспериментов у у у ,,33, ,9,8, ,99 3,8, ,3,7, ,9,3, ,3, 3, ,7,38 3, . ,96,8, ,93,7, ,, 3, ,7 3,96, 3 3 3,8 3,99 3, ,99 3,5, ,7 3,95 3,56 В результате расчетов коэффициентов регрессии получена математическая модель второго порядка в следующем виде: y=3,79+,67x +,66x +,x 3 +,67x -,5x 3 +,8x 3 + +,687x +,65x +,85x 3 Статистический анализ уравнения () показал, что модель адекватна так как Fрасч,3 F табл,, и коэффициенты значимы с 95%-й вероятностью. Для использования уравнения регрессии () в качестве расчетной формулы и интерпретации результатов опытов производили его раскодирование η=3,633,3ν -7,66а,8363d +,6νa-,3νd + +,6ad + 3,56ν +,586a +,85d () Для обеспечения интерпретации полученных результатов исследования при изучении поверхности отклика был использован метод двухмерных сечений. Построение поверхностей отклика и их двухмерных сечений выполнялись прикладной программой MATLAB. В полученную ранее математическую модель () подставлялись закодированные значения всех факторов, кроме любого одного, причем в первую очередь исследовались те сечения, которые имеют наиболее практическое значение. Далее в полученном выражении определялся () 7

5 центр поверхности отклика, и производилось каноническое преобразование модели второго порядка. Поверхность отклика и ее двухмерное сечение, описываемое уравнением () по факторам, частота и амплитуда колебания ворошилки представлено на рис. 3, а само уравнение в канонической форме запишется в виде: Y - 3,785 =,86x,8x,89x 3 (3) Рисунок 3 Зависимости эффективности процесса дозирования от частоты и амплитуды колебаний ворошилки дозатора Из рисунка 3 следует, что минимальное значение неравномерности дозирования в рассматриваемом сечении поверхности отклика η=3,75 % имеет место при частоте колебаний ворошилки равной ν=,7 с и амплитуде колебаний равной а=7, мм. На основании этого рисунка можно также заключить, что допустимые значения рассматриваемых факторов (при допустимом значении неравномерности дозирования) находится в пределах ν=,7 7,3 с и а=5, 9, мм. Поверхность отклика и ее двухмерное сечение, описываемое уравнением () по факторам, частота колебания ворошилки и диаметры отверстий дна дозатора представлено на рис., а само уравнение в канонической форме запишется в виде: Y - 3,7896 = +,5x +,77x. () 7

6 Рисунок Зависимости эффективности процесса дозирования от частоты колебаний ворошилки и диаметров отверстий дна дозатора Из рисунка следует, что минимальное значение неравномерности дозирования в рассматриваемом сечении поверхности отклика η=3,95 % имеет место при частоте колебаний ворошилки равной ν=5,7 с и диаметрах отверстий дна дозатора d=,6 мм. На основании этого рисунка можно также заключить, что допустимые значения рассматриваемых факторов (при допустимом значении неравномерности дозирования) находится в пределах ν=,9 8,3 с и =d =8,3,6 мм. Поверхность отклика и ее двухмерное сечение, описываемое уравнением () по факторам, амплитуда колебания ворошилки и диаметры отверстий дна дозатора представлено на рис. 5, а само уравнение в канонической форме запишется в виде: Y - 3,785 = +,5x +,77x. (5)

7 Рисунок 5 Зависимости эффективности процесса дозирования от амплитуды колебаний ворошилки и диаметров отверстий дна дозатора Из рисунка 5 следует, что минимальное значение неравномерности дозирования в рассматриваемом сечении поверхности отклика η=3,73 % имеет место при амплитуде колебаний ворошилки равной а=7,8 мм. и диаметрах отверстий дна дозатора d=9,6 мм. На основании этого рисунка можно также заключить, что допустимые значения рассматриваемых факторов (при допустимом значении неравномерности дозирования) находится в пределах а=5, 8,6 мм, d =8,, мм. Выводы. В результате применения методики планирования многофакторного эксперимента установлены оптимальные значения изучаемых факторов: частота колебаний ворошилки ν=5,7 с ; амплитуда колебаний ворошилки а=7, мм; диаметры отверстий дна дозатора d=9,8 мм. Список использованных литературных источников. Степук Л.Я. Механизация дозирования в кормоприготовлении / Л.Я. Степук. Минск: Ураджай, с.. Лобанов В.И. Анализ дозаторов сыпучих кормов / В.И. Лобанов // Механизация производственных процессов в животноводстве. Новосибирск, 985. с Дозатор сипучих кормів: пат. 835 Україна: МПК GF /, B65B /3 Семенцов В.В., Бойко І.Г., Науменко О.А. u3 3877; заявл ; опубл..9.3, Бюл. 7.. Мельников С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С.В. Мельников, В.Р Алешкин, П.М. Рощин. Л.: Колос, с. Анотація Результати експериментальних досліджень по визначенню оптимальних параметрів гравітаційного дозатора Семенцов В.В., Бойко І.Г. У статті приведені результати експериментальних досліджень гравітаційного дозатора сипких матеріалів направлені на визначення його оптимальних конструктивно-режимних параметрів. Abstract Experimental researches results of gravity metering device optimum parameters determination V. Semencov, I. Boyko 73

8 In the article are given the results of experimental researches of gravity metering device of friable materials which are directed on determination of gravity metering device optimum structural regime parameters. 7

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎