Кормораздатчики с питателем ковшового типа

14.09.2015

Одним из серьезных недостатков существующих раздатчиков, в т.ч. серийно выпускаемых КС-1,5, РС-5А, КСП-0,8, является неравномерность выдачи корма. Причем, чем выше влажность корма, тем больше неравномерность его раздачи. Объясняется это тем, что выгрузные шнеки серийных раздатчиков присоединяются к днищу бункера и на процесс выгрузки из него корма большое влияние оказывает высота столба корма в бункере. Чем больше эта высота, тем больше выгружается корма в единицу времени, тем больше неравномерность.
С целью устранения указанного недостатка и создания универсального раздатчика во ВНИИМЖе был разработан экспериментальный рабочий орган, выполненный в виде ковшового питателя роторного типа, который подает корм в загрузочную воронку выгрузных шнеков, расположенную примерно на уровне корма в бункере при его номинальной загрузке.
Конструкция такого питателя представлена на рис. 4.5.1. Работает ковшовый питатель следующим образом: при вращении ковши захватывают корм из бункера 1 кормораздатчика и поднимают его вверх, где он под действием сил тяжести выгружается в приемную воронку 6 выгрузных шнеков 5.

Кормораздатчики с питателем ковшового типа

Воронка размещена внутри бункера и примыкает к его торцевой стенке. Выгрузные шнеки, выходящие за пределы бункера, оба одновременно или поочередно с заданной производительностью подают корм в кормушки. Загрузку корма в бункер, оснащенный таким ковшовым питателем, производят до уровня, не превышающего приемную воронку выгрузных шнеков.
Подачу (производительность) ковшового питателя предлагается рассчитывать по формуле:
Кормораздатчики с питателем ковшового типа

где v - расчетная вместимость одного ковша, м3; р - плотность корма, кг/м3; z - число ковшей, шт.; k - коэффициент заполнения ковшей кормом; ω - угловая скорость ковшового питателя, с-1.
В формуле (1) параметры v и z задаются конструктивно, р зависит от физико-механических свойств выгружаемых кормов, поэтому при исследованиях работы данного питателя необходимо определить оптимальные параметры угловой скорости ковшового механизма, а также условия максимального заполнения ковшей кормом и оптимальные условия их разгрузки в заданном секторе (над приемной воронкой).
На рис. 4.5.2 представлена схема действия сил на корм в ковшах, расположенных над приемной воронкой шнека.
Кормораздатчики с питателем ковшового типа

При вращении ковшей с угловой скоростью ω корм поднимается вверх до тех пор, пока все действующие на него силы будут уравновешены. Пусть в некоторый момент времени ковш находится в квадранте 1 с углом поворота α = ω*t, отсчитываемым от горизонтального диаметра цилиндрического бункера. В этом положении на корм в ковше действуют следующие силы: тяжести mg, центробежная mω2r, нормальная реакция дна ковша N и сила трения корма о дно ковша F. Давление корма на боковые стенки ковша и силы трения о них не учитываем, т.к. высота ковша незначительна по сравнению с его длиной. Следовательно, и числовое значение этих сил в несколько раз меньше силы трения о дно.
Опорожнение ковша от корма происходит под действием силы тяжести, т.е. когда выполняется условие
Кормораздатчики с питателем ковшового типа

После этой замены неравенство можно записать в следующем виде:
Кормораздатчики с питателем ковшового типа

где m - масса корма в ковше; g - ускорение свободного падения; r - расстояние от цента вращения до центра массы корма в ковше; β - угол наклона ковша к радиальной стойке; φ - угол трения корма о дно ковша.
Для определения «N» необходимо рассмотреть условия, действующие на порцию корма в ковше в плоскости, перпендикулярной дну ковша и проходящей через центр тяжести, т.е.:
Кормораздатчики с питателем ковшового типа

Если подставить это значение «N» в неравенство (2), получим следующую зависимость:
Кормораздатчики с питателем ковшового типа

по которой можно определить критическое значение угловой скорости ковшового питателя.
Исследуем зависимость (3) применительно к ковшовому питателю, для которого r = 0,65м; α = 35...90°; β = 0°; +15°; -15°, φ = 0°; 5°; 30° и 45°.
Результаты таких исследований представлены в виде графиков на рис. 4.5.3, из которого видно, что при β = 0 и φ = 0 (установке ковшей без наклона и подаче воды) и начале выгрузки корма при (αв = 35°) угловая скорость питателя ω должна быть не менее 2,9 с
При угле трения φ = 5° (подача жидкого корма) угловая скорость питателя должна быть не менее 2,74 с-1. Для работы питателя на влажных кормовых смесях, имеющих угол трения φ = 30°, угловая скорость может быть уменьшена до значения ω ≥ 1,24 с-1, а выгрузка из ковшей корма с φ = 45° при такой угловой скорости может осуществляться только при повороте питателя на угол αв ≥ 48°.
Кормораздатчики с питателем ковшового типа

В случае установки ковшей под углом β = 15° (рис.4.5.4) угловая скорость питателя при подаче воды должна быть не менее 2,3 с-1, для кормов, имеющих угол трения φ = 5°, она может быть снижена до 2,0 с-1, а разгрузка кормов с φ ≥ 30° будет осуществляться при повороте питателя на угол αв ≥ 45°, как бы не снижали угловую скорость CO
При установке ковшей с отрицательным углом наклона (β = -15°, рис.4.5.5) для того, чтобы поднять ковшами воду на угол αв = 35°, угловую скорость питателя необходимо принимать не менее 3,45 с-1, для кормовых смесей, имеющих φ = 30°, она должна быть не менее 2,6 с-1, а при φ = 45° - ω ≥ 1,6с-1.
Критическое значение угловой скорости ковшового питателя, имеющего r = 0,65 м, можно определить из зависимости (4), т.е.
Кормораздатчики с питателем ковшового типа

Следовательно, установкой ковшей под углом β > 0° можно снижать угловую скорость питателя, но при этом начало выгрузки корма из ковшей будет осуществляться при повороте питателя на больший угол, т.е. сектор разгрузки ковшей будет уменьшаться.
Кормораздатчики с питателем ковшового типа

При установке ковшей под углом β < 0° угловую скорость питателя необходимо увеличивать. Так, например, для этого, чтобы подавать ковшами в приемную воронку питателя влажную кормосмесь с φ = 30° угловая скорость должна быть не менее 2,63 с-1, тогда как при установке ковшей без наклона она может составлять 1,2 с-1. Однако при установке ковшей с отрицательным углом наклона улучшаются условия выгрузки из них корма (увеличивается сектор выгрузки).
При нахождении ковша во 2-м квадранте (см. рис.4.5.2) на корм, если он остался, будут действовать в основном две силы: сила тяжести "mg" и центробежная "mω2r".
Для определения положения равнодействующей силы «R» рассмотрим прямоугольные треугольники В CR и OBR. Из них следует, что:
Кормораздатчики с питателем ковшового типа

где Ψ - угол отклонения равнодействующей силы «R» от силы тяжести «mg».
Из этого уравнения следует, что во 2-м квадранте траектория полета порции корма из ковша не будет превышать угла «W». Применительно к условиям работы лабораторной установки, у которой угловая скорость «со» находилась в пределах 1,5...2,0 с-1, а удаление центра тяжести порции корма в ковше от оси вращения r = 0,65 м, была получена зависимость угла «ω» от «αi», которая представлена в виде графиков на рис. 4.5.5. При этом было установлено, что угол поворота ковшового питателя во 2 м квадранте не должен превышать 32...36°. С учетом изложенного рабочий процесс выгрузки корма из ковшей питателя должен осуществляться при его повороте от αmin до αmax, а численное значение этого угла можно определить по зависимости:
Кормораздатчики с питателем ковшового типа

Кормораздатчики с питателем ковшового типа

Зная расчетную величину сектора разгрузки ковшей от корма, можно определить продолжительность процесса его выгрузки, т.е.
Кормораздатчики с питателем ковшового типа

Следовательно, параметры приемной воронки у ковшового питателя должны приниматься с учетом полученных результатов исследований.
Экспериментальные исследования работы ковшового питателя подтвердили достоверность основных выводов теоретических исследований.
Опыты показали (рис.4.5.6), что при подаче жидких кормов оптимальным является угол установки ковша в пределах +10...+20°. Для влажных кормосмесей оптимальное значение угла β находится в пределах 0°...+10°.
Установлено также, что при работе на густых кормах коэффициент заполнения ковша кормом доходит до 3,0, а на подаче воды он составляет 0,3...0,7 от расчетной величины.
Подача корма одним ковшом при частоте вращения питателя n = 0,24 с-1 (угловая скорость ω = 1,5 с-1) изменяется от 0,24 кг/с при подаче воды до 1,3 кг/с на густых кормосмесях.
Угловую скорость питателя (принятых конструктивных параметров) необходимо принимать в пределах 1,3...1,7 с-1. При большей скорости и работе на вязких смесях часть корма не успевает выгружаться в приемную воронку, а при меньшей снижается подача.
Исследования процесса выгрузки кормов из ковшового аппарата питателя в приемную воронку выгрузных шнеков показали, что при подаче воды разгрузка ковшей осуществляется в центре приемной воронки (рис. 4.5.7 а), и угол установки ковшей на место выгрузки корма существенного влияния не оказывает.
При подаче сухого комбикорма (рис.4.5.7 б) выгружаемый материал поступает в левую часть воронки при установке ковшей с отрицательным углом и в правую - при положительном. Оптимальным вариантом в данном случае следует считать установку ковшей без наклона.
Густые кормовые смеси (рис. 4.5.7 в) выгружаются преимущественно в правую часть воронки, и в этом случае для выравнивания подачи шнеков целесообразно между шнеками устанавливать дополнительное устройство, обеспечивающее подачу корма из правой части воронки в левую. Установка ковшей под углом 10° для подачи кормовых смесей влажностью 70...75 % является оптимальной.
Текучие кормовые смеси (влажностью около 80%) подаются ковшовым аппаратом примерно в то же место, что и сухой комбикорм. Следовательно, для их подачи рекомендуется ковши устанавливать без наклона (рис.4.5.7 г).
Результаты исследований по определению полезной мощности на приводе рабочих органов приведены в виде графиков на рис. 4.5.8, из которого видно, что при раздаче сухих комбикормов энергозатраты в 2-3 раза выше, чем при работе с влажными кормосмесями. Для работы кормораздатчика с массой загружаемого в бункер сухого комбикорма 1т потребная мощность составит около 8 кВт, для раздачи такого объема густых кормосмесей (влажность 70...75%) на привод рабочих органов потребуется около 4,0, а текучих кормосмесей - не более 3,0 кВт.
Кормораздатчики с питателем ковшового типа

При испытаниях экспериментального кормораздатчика с ковшовым питателем на раздаче сухого комбикорма получены следующие результаты: нормы выдачи комбикорма на погонный метр кормушки находятся в пределах 3,3...7,4 кг (табл. 4.5.1); предельные отклонения норм между шнеками - не более 2,0%, а от их среднего значения они, в основном, составляют ±5,0%.
Кормораздатчики с питателем ковшового типа

Однако в отдельные моменты наблюдались сбои в работе, так, например, при D = 0,5 м/с у левого шнека подача комбикорма на короткий отрезок времени (1...2 сек) снизилось на 25%. В результате чего предельное отклонение нормы выдачи комбикорма составило 26,9%. Это привело к тому, что при оценке равномерности раздачи комбикорма по коэффициенту вариации (ОСТ 70.19.1-74) отклонения нормы выдачи в данный период работы составили 8,7%. Во всех остальных случаях коэффициент вариации не превышал 4,8%. На этом основании можно заключить, что кормораздатчик обеспечивает нормированную раздачу комбикорма с заданной точностью.
Основные результаты экспериментальных исследований раздачи влажных кормосмесей зимнего рациона (измельченная кормовая свекла, кукурузный силос, комбикорм и вода) в соотношении по массе 1:1:1:0,5...2,0 представлены в виде графиков на рис. 4.5.9.
Кормораздатчики с питателем ковшового типа
Кормораздатчики с питателем ковшового типа

Анализируя эти данные, можно заключить, что у кормораздатчика с ковшовым питателем запас корма в бункере не оказывает существенного влияния на его нормированную раздачу, однако правый шнек работал стабильнее левого. У правого шнека нормы выдачи на погонный метр кормушки текучих (график 1) и густых (график 2) кормосмесей в процессе опорожнения бункера соответствовали установленным зоотехническими требованиями значениям (отклонения не превышали ± 10%).
У левого шнека при раздаче густых кормосмесей (график 2) в середине рабочего цикла наблюдалось резкое падение подачи шнека, в результате чего нормы выдачи корма уменьшились примерно в 1,5 раза, а затем, к концу раздачи, вновь соответствовали установленным нормам.
Это можно объяснить тем, что произошло частичное зависание корма в приемной воронке выгрузных шнеков. У экспериментального кормораздатчика длина загрузочной зоны шнека составляла около одного шага винтовой линии шнека. Чтобы устранить этот недостаток, необходимо загрузочную зону у выгрузного шнека принимать длиной не менее 2,0 S.
При раздаче влажных кормосмесей кормораздатчиком с ковшовым питателем большое влияние на работу выгрузных шнеков оказывает место разгрузки ковшей над приемной воронкой этих шнеков. На рис. 4.5.7 было показано, что густые кормосмеси подаются ковшовым питателем в основном на правый шнек, а левый находится в пассивной зоне. В результате правый шнек обеспечивал равномерную выгрузку корма на протяжении всего цикла раздачи, а у левого на раздаче густых кормов отмечены отклонения, превышающие допустимые значения. Следовательно, при разработке кормораздатчиков с ковшовым питателем необходимо принимать такие его конструктивные и кинематические параметры, которые обеспечивали бы разгрузку ковшей в средней части приемной воронки, а корм из нее рекомендуется выгружать одним шнеком, расположенным в середине этой воронки. В сочетании с необходимой длиной загрузочной части шнека (не менее 2,0 S) это обеспечит одинаковые условия для раздачи кормов на обе стороны кормового ряда.
Выводы

1. Ковшовый питатель роторного типа обеспечивает подачу сухих, жидких и влажных кормов, использующихся в рекомендуемых ведомственными нормами рационах животных свиноводческих ферм.
2. Для устойчивой работы выгрузных устройств кормораздатчика с заданной производительностью подача смешивающе-подающего рабочего органа бункера кормораздатчика должна превышать подачу ковшового питателя, а она - суммарную подачу выгрузных шнеков, т.е.
Qсм ≥ Qn ≥ Qшн

3. На рабочий процесс ковшового питателя роторного типа оказывают влияние его конструктивные параметры (вместимость ковша, их число и угол наклона), угол трения корма о стенки ковша и режим работы питателя (угловая скорость питателя, степень заполнения ковшей кормом и их опорожнения над приемной воронкой выгрузных шнеков). Производительность ковшового питателя необходимо рассчитывать по формуле:
Qn = V*p*z*k*ω/2π или Qn = V*p*z*k*n, кг/с.

4. Угловая скорость вращения ковшового питателя должна находиться в пределах 1,5...1,7 с-1.
5. Угол наклона ковшей для подачи густых кормосмесей (φ≥30°) следует принимать в пределах -5.. .-10°, дня сухих и текучих (φ≤30°) - без наклона, а для обрата - не менее +10°. У ковшовых питателей, работающих на различных кормосмесях и без переналадки ковшового аппарата, ковш целесообразно устанавливать без наклона.
6. Захватывающую часть выгрузных шнеков (расположенную в приемной воронке) целесообразно выполнять длиной в 2 шага винтовой линии. Причем шаг винтовой линии этой части шнека лучше делать переменным. Первый шаг винтовой линии должен составлять 0,7...0,8 от величины последующих шагов, т.е. S1 = (0,7...0,8) S2...п.
7. При оснащении приемной воронки двумя выгрузными шнеками целесообразно применять дополнительный механизм для равномерного распределения в ней корма (обеспечивать одинаковые условия для их выгрузки на обе стороны) или применять один выгрузной шнек.
С учетом приведенных выше результатов экспериментальнотеоретических исследований ВНИИМЖ совместно с ГСКБ в 90-е годы разработал, изготовил и внедрил в производство на свиноферме малой мощности АО «Матвеевское» электромобильный кормораздатчик КС-Ф-0,5 с ковшовым питателем роторного типа и шарнирно-сочлененной ходовой тележкой.
КС-Ф-0,5 имеет поворотный бункер 1 (рис 4.5.10) с рабочими органами 2,3,5 и 14, ходовую тележку 7-13, на которой кроме бункера смонтированы электрошкаф 6 и рабочая площадка оператора 7. Бункер этого кормораздатчика выполнен в виде корытообразной емкости, к открытому торцу которой присоединена цилиндрическая камера с приемной воронкой 4 и кожухом для выгрузного шнека. Снизу бункер имеет опорную плиту и ось для его подвижного крепления к раме.
Кормораздатчики с питателем ковшового типа

Рабочие органы кормораздатчика новой конструкции состоят из лопастной мешалки 2, ковшового питателя 3, выгрузного шнека 5, выполненного на одном валу с мешалкой и питателем, и электропривода 14.
Ходовая тележка собрана из двух частей, соединенных общим шарниром. Здесь же на вертикальной оси подвижно закреплен и бункер кормораздатчика. На одной (левой) части ходовой тележки имеется ведомая пара колес, два опорных ролика и фиксатор для бункера, а на другой (с приводными колесами) - расположена рабочая площадка, реверсивный и регулируемый по частоте вращения электропривод передвижения, а также электрошкаф с пультом управления.
Такая конструкция данного кормораздатчика обусловлена тем, что его можно по закругленному участку рельсового пути перегонять из одного кормового прохода в другой, а установкой и фиксацией бункера в нужном положении можно поочередно раздавать корм на обе стороны кормового прохода. Общий вид кормораздатчика КС-Ф-0,5 представлен на рис. 4.5.11.
Кормораздатчики с питателем ковшового типа

Раздачу корма животным с помощью этого оборудования производят в следующей последовательности. После загрузки кормов в раздатчик, находящийся на криволинейном участке рельсового пути, его перегоняют в один из кормовых проходов, а подъехав к кормушкам, его останавливают. Затем, расфиксировав бункер вручную, поворачивают его так, чтобы корм из выгрузного шнека поступал в кормушки, и настраивают привод передвижения на требуемую норму выдачи корма. После этого включают привод рабочих органов, а когда на лотке выгрузного шнека появятся частицы корма - включают привод передвижения. В разрывах кормушек отключают только выдачу корма. Настройку кормораздатчика на выдачу кормов на другую сторону кормового ряда производят при остановленных электроприводах, а рабочий процесс выполняется в такой же последовательности.