Авторефераты диссертаций >> Авторефераты по Агроинженерным системам
ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНых ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ДИСМЕМБРАТОРОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКИХ КОРМОВых
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)
| Научный руководитель - | доктор технических наук, профессор Ситников Александр Андреевич (АлтГТУ, заведующий кафедрой) |
| Официальные оппоненты - | доктор технических наук, профессор Федоренко Иван Ярославович (АГАУ, заведующий кафедрой); кандидат технических наук, доцент Патрин Петр Александрович (НГАУ, профессор) |
| Ведущая организация | ГНУ СибНИИСХ Росельхозакадемии, г. Омск |
Защита состоится 29 марта 2012 года, в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.004.02 при ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» по адресу: 656038 г. Барнаул, пр. Ленина, 46.
Автореферат размещен на сайтах ВАКа и АлтГТУ http:www.altstu.ru; ntsc@desert.secna.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 взаимодействие с пищеварительными ферментами. Но у тонкого измельчения есть и отрицательные стороны: увеличиваются затраты электроэнергии на переработку, слишком тонкое измельчение приводит к потерям корма и повышает риск образования заболеваний пищеварительного тракта животных. К настоящему 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 кормоприготовительных машин, разработке конструкции нового оборудования – высокопроизводительного и технологичного.
Одним из перспективных путей повышения эффективности производства жидких кормов является использование оборудования непрерывной обработки – дисмембраторов и созданных на их базе высокотехнологичных машин для приготовления кормов.
На основании вышеизложенного исследования, направленные на повышение эффективности процесса приготовления жидких кормов путем определения основных конструктивных параметров дисмембраторов, являются актуальными и имеют научный и практический интерес.
Актуальность темы диссертации подтверждается также тем, что основные 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 приготовления и качества жидких кормовых смесей в центоробежно-роторных дисмембраторах 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 силы разрушения зернового материала и определению гранулометрического состава.
3. Провести исследования по определению силы разрушения зернового материала при различных скоростях вращения рабочего органа, в зависимости от формы рабочего органа, влажности испытуемого материала и его вида.
4. Обосновать конструктивные параметры рабочих органов дисмембратора, 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 дисмембраторов, закономерности, характеризующие процесс разрушения зернового материала способом скалывания и среза в предлагаемом дисмембраторе.
Научную новизну работы представляют:
1. Компьютерное моделирование взаимодействия рабочих органов центробежно-роторного дисмембратора и рабочей среды.
2. Экспериментально установленные закономерности изменения параметров 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 центробежно-роторного дисмембратора (зазора между режущими элементами, диаметра входного сечения, камеры измельчения, количества зубьев) на гранулометрический состав и темп нагрева жидкой кормовой смеси.
4. На базе полученных результатов предложено новое техническое решение центробежно-роторного дисмембратора (решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2010137459) для приготовления жидких кормовых смесей.
Практическая значимость работы. Разработано и исследовано устройство для приготовления жидких кормовых смесей, позволяющее существенно 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 изобретение (заявка № 2010137459) и результатами лабораторных исследований.
Разработанные образцы дисмембраторов прошли проверку в условиях крестьянско-фермерского хозяйства (подтверждается актом испытания), и могут быть рекомендованы к внедрению, что является основой для создания новых машин и оборудования для приготовления жидких кормовых смесей.
Реализация и внедрение результатов исследований. Результаты научной работы используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова». Отдельные разделы диссертационной работы используются преподавателями, аспирантами и студентами в качестве учебно-методического материала. Дисмембраторы нашли применение в сельском хозяйстве, например в животноводческом предприятии: крестьянско-фермерском хозяйстве Васильцова В.А. (Мамонтовский район, Алтайский край). Техническая документация на изготовление универсальных приготовителей кормов передана в ООО «Малое инновационное предприятие сельскохозяйственного машиностроения АлтГТУ».
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований 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.
Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 8 научных работах, в том числе 1 статья опубликована в изданиях, рекомендованных 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; список литературы включает в себя 123 наименования, в том числе 4 на иностранном языке.
Основные положения, выносимые на защиту:
– результаты компьютерного моделирования, позволяющие обосновать основные конструктивные параметры рабочих органов дисмембратора;
– методики и результаты экспериментальных исследований по определению силы резания зернового материала повышенной влажности, определению гранулометрического состава получаемой смеси, определению конструктивных параметров рабочих органов;
– результаты испытаний промышленного образца установки для приготовления жидких кормов.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение. Дана общая характеристика рассматриваемой проблемы. Кратко изложена актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость.
Первая глава включила в себя анализ состояния проблемы получения кормовых смесей и анализ применяемых кормов и способов измельчения зернового 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 технология подготовки и приготовления.
2. Сложность технологического процесса приготовления кормов и его качество напрямую зависит от используемого оборудования (дробилки, измельчители, смесители, дозаторы).
3. Важнейшей операцией кормоприготовительного процесса является измельчение.
4. Существующие устройства для приготовления жидких кормов схожи по конструктивному исполнению и принципу действия и имеют ряд существенных недостатков:
– низкая производительность агрегатов;
– длительный цикл приготовления корма;
– высокая металлоемкость конструкций;
– наличие дополнительных нагревательных элементов.
Научными основами теории резания, измельчения и процессов приготовления 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. Сысуев, В.Г. Коба, В.И. Пахомов, П.И. Некрашевич, А.А. Омельченко, П.И. Леонтьев, 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 Нюшкова, 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 выращивании и откармливании животных.
Анализ состояния научно-технической проблемы позволил сформулировать цель и задачи для её решения.
Во второй главе – «Компьютерное моделирование рабочих органов центробежно-роторного дисмембратора» представлены результаты компьютерного моделирования взаимодействия рабочих органов центробежно-роторного дисмембратора и рабочей среды.
Для численного моделирования гидродинамических процессов в центробежно-роторном дисмембраторе использовался пакет прикладных программ ANSYS CFX.
На первом этапе, исходя из анализа известных конструкций, были разработаны геометрические модели трех роторов, отличающихся конструктивно (рисунок 1) – количеством концентрических и радиальных пазов, а также наличием лопаток на периферии:
 ротор №1 |
 ротор №2 |
 ротор №3 |
| Рисунок 1 – Геометрические модели роторов | ||
При разработке геометрических моделей измельчающих органов разрабатываемого дисмембратора учитывались результаты полученные Сергеевым Н.С. В результате чего разработаны три геометрические модели измельчающих органов со следующими характеристиками: наружный диаметр роторного 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 – 90 градусов.
Далее производилось наложение сетки на геометрической модели. На каждый ряд зубьев статора и ротора накладывалась отдельная сетка. Это значительно увеличивало вычислительную сложность, а значит, и время расчета, но необходимо для корректного математического описания процесса взаимодействия ротора и статора.
В процессе численного моделирования исследовались такие характеристики потока жидкости, как давление, температура и скорость потока. На рисунке 2 представлены контурные диаграммы, показывающие градиенты давления в роторах:
 ротор №1 |
 ротор №2 |
 ротор №3 |
| Рисунок 2 – Градиенты давления | ||
