A mathematical model of the feed mixing in a tilted single-screw circulating batch mixer is presented. The model includes a system of equations of control component concentration change in the representative zones of the mixer. The feed material state at the mixer loading start-up and hulling onset is considered for solving a system of equations. A flow pattern and mathematical expressions of the forces affecting the feed during the charging process are given. As a consequence of the equations solution, the dependence for determining the height of the feed layer on the mixer hopper geometrics and the physical and mechanical-and physical properties of the feed material is obtained. A flow pattern of the forces affecting the feed material at the hulling onset is shown. The layer height value of the hulled material is determined with account of the dependence obtained for the first state of feed. It is determined that two zones are formed from the area of the original conditional displacement. The first one is a plug-flow zone of the bottom-up feed transportation, and the second one is a plug-flow zone in the direction of the downward feed hulling. The cross-sectional area of these zones can be determined on the basis of the derived equations.
mixer, auger, feed material, tilt angle, conditional displacement area, area of ideal mixing, layer height, coefficients of internal and external friction.
Многолетними и многочисленными исследованиями, проведенными в СКНИИМЭСХ, была доказана целесообразность использования в технологических линиях приготовления кормов для различных видов животных порционных циркуляционных смесителей кормов со шнековыми рабочими органами [1–3]. В них нормируемый показатель качества процесса достигается на стадии конвективного смешивания, осуществляемого, в отличие от диффузионного смешивания, со значительно большей интенсивностью. Таким образом, эти смесители в несколько раз более производительны, чем смесители перераспределения или внедрения [4,5].
Одной из перспективных моделей циркуляционных смесителей является модель с наклонным бункером, внутри которого установлены один или два шнековых рабочих органа [6,7]. При этом наблюдается снижение энергоемкости процесса вследствие того, что принудительная подача смешиваемого материала на верхнем горизонтальном уровне заменяется гравитационным его осыпанием из верхней части бункера.
Обоснование математической модели. Как показали предварительные исследования одновального порционного циркуляционного наклонного смесителя (ОПЦНС), в нем возникают несколько ярко выраженных потоков циркуляции смешиваемых кормовых ингредиентов (рис.1) [7].
1. Khlystunov, V.F. Sovershenstvovanie tekhnicheskogo osnashcheniya sistemy zhizneobespecheniya sviney. [Improving the equipment of the life support system for pigs.] Zernograd: VNIPTIMESKh, 2009, 232 p. (in Russian).
2. Kormanovskiy, L.P., Tishchenko, M.A. Mekhaniko-tekhnologicheskie osnovy tochnykh tekhnologiy prigotovleniya i razdachi kormov KRS mnogofunktsional´nymi agregatami. [Mechanical and technological backgrounds for precision technologies of preparation and distribution of cattle feed by multifunctional units.] Moscow: RASKhN, 2000, 344 p. (in Russian).
3. Maksimenko, V.A. Issledovanie protsessa smeshivaniya i vydachi kormov razdatchikom-smesitelem na otkormochnykh ploshchadkakh krupnogo rogatogo skota vmestimost´yu do 30 tys. skotomest : Dis. … kand.tekhn. nauk. [Study on mixing and dispensing feed by the dispenser-mixer on the feedlot for up to 30 thousand cattle stalls: Cand.Sci. (Eng.) diss.] Zernograd, 1982, 175 p. (in Russian).
4. Makarov, Y.I. Apparaty dlya smesheniya sypuchikh materialov. [Bulkblending devices.] Moscow: Mashi-nostroenie, 1973, 215 p. (in Russian).
5. Paul, Edward L., Atiemo-Obeng, Victor A., Kresta, Suzanne M. Handbook of industrial mixing: science and prac-tice. Hoboken, New Jersey: JohnWiley& Sons, Inc., 2004, 1432 p.
6. Khlystunov, V.F., Tishchenko, I.I., Tokareva, A.N., Kartashov, B.A. Modelirovanie protsessa smeshivaniya kormov v shnekovom smesitele s naklonnym bunkerom. [Simulation of feed mixing in the screw mixer with a sloping hopper.] Vestnik RASKhN, 2007, no. 4, pp. 13–15 (in Russian).
7. Khlystunov, V.F., Braginets, S.V., Chernutskiy, M.V., Tokareva, A.N., Cherednichenko, T.M. Model´ protsessa smeshivaniya kormov v portsionnom naklonnom odnoshchnekovom smesitele. [Model of feed mixing process in a sloping single-screw batch mixer.] Innovatsionnoe razvitie APK Rossii na baze intellektual´nykh mashinnykh tekhnologiy: sb. nauch. dokl. mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. [The innovative development of Russian agro-industrial complex on the basis of intelligent machine technologies: Proc. Int. Sci. Eng. Conf.] FGBNU VIM, Moscow, 2014, pp. 41–45 (in Russian).
8. Pakhomov, V.I., Smolenskiy, A.V., Chapskiy, P.A. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva dlya proizvodstva polnoratsionnykh kormosmesey v usloviyakh avtonomnykh sel´khozpredpriyatiy. [Technologies and facilities for the of TMR manufacture at the autonomous farms.] Zernograd: GNU SKNIIMESKh, 2010, 112 p. (in Russian).
9. Pravila organizatsii i vedeniya tekhnologicheskikh protsessov proizvodstva produktsii kombikormovoy promysh-lennosti. [Management of product manufacturing process flow of the feed mill industry.] Voronezh: VNIIKP, 1997, 256 p. (in Russian).
