Dr hab. inż. Jan Barwicki Prof. nadzw.

Transkrypt

1 KRAJOWE SEMINARIUM INSTYTUTU TECHNOLOGICZNO- PRZYRODNICZEGO TECHNICZNE ASPEKTY REALIZOWANA W RAMACH PROGRAMU WIELOLETNIEGO DZIAŁANIE 8.2 Dr hab. inż. Jan Barwicki Prof. nadzw.

2 GENEZA ZAGADNIENIA Mieszanie jest jednym z często występujących procesów w produkcji zwierzęcej. Dotyczy ono przygotowania pasz sypkich i objętościowych, mieszania gnojowicy przed wywozem na pole, mieszania materiału fermentacyjnego w produkcji biogazu, mieszania mleka w procesie chłodzenia oraz przygotowywania różnych produktów w małej mleczarni przy oborowej.

3 OCENA PROCESU MIESZANIA Dla oceny jakości pracy mieszalników stosuje się następujące parametry: czas mieszania zapotrzebowanie na energię jakość produktu finalnego

4 ENERGOCHŁONNOŚĆ MIESZANIA Z a p o tr z e b o w a n ie n a e n e rg ię p o d c z a s m ie s z a n ia ty p o w y c h p r o d u k tó w w y s tępując y c h w p r o d u k c ji z w ie r z ęc e j R o m a n iu k i G ła s z c z k a [ ]: - o tręb y - 0,2 k W /m 3 - g r a n u la ty - 0,3 k W /m 3 - m a te r ia ły o b jętośc io w e 2 k W /m 3 - k o n c e n tr a ty 4 k W /m 3 - c ie c z e 0,6 k W /m 3

5 LITERATURA Bujalski i Nienow [1999] oraz Kejin W., i Jiong H. [2005] stwierdzili, że jednym z najważniejszych problemów do rozwiązania w zakresie oceny procesów mieszania jest opracowanie prostej i skutecznej metody oceny jakości pracy mieszalników

6 OCENA PROCESU MIESZANIA Zastosowanie opiłków metalowych jako wyróżnika dla określenia ich zawartości w poszczególnych próbkach Romaniuk [2010] Zastosowanie jako wyróżnika ziaren rzepaku Barwicki [1993] Wykorzystanie jako wyróżnika izotopów Gontzarova [1990] Badanie zawartości białka i suchej masy w próbkach [Polska Norma]

7 ANALIZA TEORII MIESZANIA Przebieg ruchu pojedynczej cząstki w zbiorniku z mieszadłem śrubowym oraz zachowanie cząstki przy ścianie zbiornika

8 ANALIZA TEORII MIESZANIA d z S ω V z = = (1) d t 2 C ζ R 3 A n ω N = (2) 2000 C w s p ółc z y n n ik ta r c ia cząstki p a s z y o e le m e n ty m e ta lo w e ζ gęstość cząstek paszy ω prędkość kątowa mieszadła n - ilość mieszadeł R - średnica komory mieszalnika [m] S skok śruby mieszadła [m] V z - prędkość [m/s] N - moc [kw]

9 MODEL MATEMATYCZNY PROCESU MIESZANIA m 1 m 2 m 1 Vm 1 V 11 m 2 V 2 V 1 V 2 m 1 m 2 dm 1 = V dt V dt (1) V 1 V 2 m 1 m 2 dm 2 = ---- V dt V dt (2) V 1 V 2 m 1 + m 2 = m 0 (3) m i - masa mieszanego produktu V i - objętość mieszanego produktu, m 3 V - przepływ objętościowy mieszanego produktu, m 3 /s

10 DOZOWANIE PASZY TREŚCIWEJ PRZY WYKORZYSTANIU PRZETWORNIKA PIEZOELEKTRYCZNEGO Wykorzystanie przetwornika piezoelektrycznego do dozowania paszy treściwej: 1 kosz zasypowy, 2 dozownik spiralny, 3 - rurociąg, 4 przetwornik piezoelektryczny, 5 kosz odbiorczy, 6,7,8 wzmacniacz sygnału elektrycznego, 9 dysk zbiorczy danych, 10 - komputer

11 WIELKOŚĆ SYGNAŁU ELEKTRYCZNEGO W ZALEŻNOŚCI OD STOPNIA PRZEPŁYWU PASZY TREŚCIWEJ

12 WYKORZYSTANIE MIKROFONU W OCENIE PROCESU MIESZANIA 1- zasilanie 2 - regulator prędkości obrotowej silnika, 3 zasyp, 4 silnik, 5 tachometr, 6 miernik zapotrzebowania mocy, 7 mikrofon, 8 w z m a c n ia c z s y g n a łu, 9 - s p u s t, 10 komputer, 11- przegroda

13 OCENA BADAŃ PROCESU MIESZANIA PRZY ZASTOSOWANIU MIKROFONU - SPOSTRZEŻENIA - Mikrofon okazał się zbyt czułym przyrządem pomiaru odgłosów występujących podczas procesu mieszania - Na ocenę procesu mieszania zbyt duży wpływ miały odgłosy pracy zespołu napędowego

14 WYKORZYSTANIE PRZETWORNIKA PIEZOELEKTRYCZNEGO W OCENIE PROCESU MIESZANIA 1 - zasilanie hydrauliczne 2 - regulator prędkości obrotowej, 3 zasyp, 4 przegroda, 5 silnik 6 tachometr, 7 miernik zapotrzebowania mocy, 8 - przetwornik piezoelektryczny, 9 - wzmacniacz sygnału z przetwornika piezoelektrycznego, 10 komputer, 11- spust, 12 mieszadło łopatowe

15 Sygnał akustyczny (khz) Czas (s) Badanie czasu mieszania imitacji granulatów paszowych z wodą przy wykorzystaniu bez inwazyjnej metody oceny stopnia wymieszania przy wykorzystaniu przetwornika piezoelektrycznego

16 POSZCZEGÓLNE FAZY MIESZANIA SYGNAŁ ELEKTRYCZNY Wpływ prędkości obrotowej mieszadła na wartość sygnału odbieranego przez przetwornik elektryczny podczas mieszania imitacji mieszanek paszowych i wody: 1 sygnał podczas załadunku, 2 czas osiągnięcia mieszaniny jednorodnej, 3 punkt zmieszania składników, 4 praca mieszalnika po zmieszaniu składników, obr/min, obr/min, obr/min, obr/min

17 PRZETWORNIK PIEZOELEKTRYCZNY I TRZY ZESTAWY MIESZADEŁ 1 - zasilanie hydrauliczne 2 - regulator prędkości obrotowej, 3 zasyp, 4 przegroda, 5 silnik 6 tachometr, 7 miernik zapotrzebowania mocy, 8 - przetwornik piezoelektryczny, 9 - wzmacniacz sygnału z przetwornika piezoelektrycznego, 10 komputer, 11- spust, 12 mieszadło tarczowe, 13 mieszadło ramowe, 14 mieszadło łopatowe

18 Sygnał akustyczny (khz) Sygnał akustyczny (khz) Sygnał akustyczny (khz) WYNIKI BADAŃ Mieszadło tarczow e Mieszadło ramowe Mieszadło łopatowe 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 y = 0,415Ln(x) - 0,4542 R 2 = 0, Czas mieszania (s) 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 y = 0,3223Ln(x) - 0,4446 R 2 = 0, Czas mieszania (s) 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 y = 0,448Ln(x) - 0,8522 R 2 = 0, Czas mieszania (s) 18

19 OMÓWIENIE WYNIKÓW BADAŃ Krzywe na wykresach pokazują czas dochodzenia mieszaniny do poziomu osiągnięcia stanu odpowiedniego zmieszania składników. 19

20 PODSUMOWANIE I WNIOSKI Analizując wykresy pokazujące czas dochodzenia do osiągnięcia odpowiedniej jakości mieszaniny przy wykorzystaniu różnych typów mieszadeł widać, że stosując mieszadła ramowe potrzeba najmniej czasu na uzyskanie odpowiedniego stopnia zmieszania cząsteczek. Jest to krzywa logarytmiczna, którą można opisać następującą zależnością: y = 0,3223 ln(x) 0,4446 Wskaźnik determinacji R 2 wynosił 0,

21 Energochłonność (Wh) Energochłonność (Wh) Energochłonność (Wh) WYNIKI BADAŃ Mieszadło tarczow e Mieszadło ramow e Mieszadło łopatow e y = 245,97Ln(x) ,8 R 2 = 0, Prędkość obrotow a (obr * min -1 ) y = 331,99Ln(x) ,3 R 2 = 0, Prędkość obrotow a (obr * min -1 ) y = 280,17Ln(x) ,9 R 2 = 0, Prędkość obrotow a (obr * min -1 )

22 WNIOSKI Krzywa zapotrzebowania energii w trakcie pracy mieszadeł ramowych ma postać logarytmiczną i można ją opisać następującą zależnością: y = 331,99 ln(x) 1422,3 Wskaźnik determinacji R 2 wynosił 0,

23 WNIOSKI Energochłonność pracy mieszadeł łopatowych można opisać następującym wzorem: y = 280,17 ln(x) 1176,9 Wskaźnik determinacji R 2 wynosił 0,

24 WNIOSKI W przypadku mieszadeł łopatowych krzywą czasu mieszania ma postać logarytmiczną i można ją opisać następującym wzorem: y = 0,448 ln(x) 0,8522 Wskaźnik determinacji R 2 wynosił 0,

25 WNIOSKI Mieszadła ramowe zapewniają najszybciej odpowiedni stopień wymieszania składników, ale zużywają najwięcej energii. Mieszadła łopatowe potrzebują więcej czasu do osiągnięcia odpowiedniej jakości mieszaniny w stosunku do mieszadeł ramowych, natomiast mniej czasu na mieszanie w stosunku do mieszadeł tarczowych. 25

26 WNIOSKI Mieszadła tarczowe zużywają najmniej energii w trakcie mieszania, natomiast potrzebują najdłuższego czasu mieszania ze wszystkich badanych typów mieszadeł. Wszystkie krzywe opisujące czas mieszania i zapotrzebowanie na energię mają postać logarytmiczną a wartości wszystkich wskaźników determinacji R 2 dla wszystkich typów mieszadeł są wysokie. 26

27 WNIOSKI Udowodniono,że istnieje możliwość zastosowania bezinwazyjnej metody oceny stopnia wymieszania składników biorących udział w procesie mieszania, przy wykorzystaniu przetwornika piezoelektrycznego Zaproponowany model matematyczny opisujący przemieszczanie się masy produktów w obrębie komory mieszarki może być wykorzystany do przeprowadzania symulacji przebiegu procesu mieszania artykułów występujących w produkcji zwierzęcej 27

28 PRAKTYCZNE PRZYKŁADY MECHANIZACJI I AUTOMATYZACJI ZADAWANIA PASZ Robotyzacja Wozy paszowe mieszające do przygotowywania i zadawania pasz typu TMR: a) z poziomymi mieszadłami, b) z pionowymi mieszadłami - Zalety i wady różnych rozwiązań konstrukcyjnych zespołów mieszających. 28

29 ROBOTYZACJA ZADAWANIA PASZ Źródło: Materiały informacyjne firmy Lely [2012]

30 ROBOTYZACJA ZADAWANIA PASZ Źródło: Materiały informacyjne firmy Lely [2012].

31 ROBOTYZACJA ZADAWANIA PASZ Charakterystyka techniczna robota Vektor Długość/szerokość /wysokość Masa Źródło: Materiały informacyjne firmy Lely [2012] 246/162/193 cm 1,281 kg Objętość zbiornika 2 m³ Ilość zwierząt obsługiwanych przez 1 robot Maksymalne nachylenie korytarza przejazdowego Szerokość korytarza paszowego przy dwustronnym zadawaniu pasz Szerokość korytarza paszowego przy jednostronnym zadawaniu pasz Szerokość korytarza dojazdowego z magazynu pasz do obory Maksymalne zagłębienie silosu paszowego Wymiary cząsteczek pasz objętościowych 5% 325 cm 310 cm 275 cm 105 cm poniżej 20 cm

32 Samobieżny mieszalnik do pasz objętościowych i sypkich, z trzema mieszadłami pionowymi oraz wybierakiem kiszonki z silosów przejazdowych firmy KERNELAND Źródło: zbiory własne 32

33 Mieszalniki do pasz objętościowych i sypkich zawieszane na ciągniku przystosowane do wybierania kiszonki z silosów przejazdowych Źródło: zbiory własne 33

34 Przygotowywanie i zadawanie pasz objętościowych i sypkich oraz do cięcie i ścielenie słomą w budynkach inwentarskich Źródło: zbiory własne 34

35 W tabeli poniżej podano dane techniczne mieszalników: pojemność zbiornika, układ mieszadeł (pionowy czy poziomy), ilość mieszadeł pracujących w zbiorniku mieszalnika, wymiary mieszalnika gotowego do pracy, prędkość obrotową mieszadeł, całkowitą masę kompletnego mieszalnika, zapotrzebowanie na moc, wysokość wyładunku paszy do koryt. Ponieważ każdy producent oferuje cały typoszereg mieszalników, więc podane dane obejmują zakresy poszczególnych danych technicznych. Niektóre z wymienionych modeli mieszalników wyposażone są w wybierak do kiszonki oraz dodatkowy zespół do ścielenia stanowisk dla zwierząt pociętą słomą. Tylko jeden model z wymienionych mieszalników wyposażony jest w system oceny stanu wymieszania składników oraz automatyczny wyłącznik mieszadeł po osiągnięciu odpowiedniej jednorodności mieszaniny pasz.

36 MIESZALNIKI TMR Profile/ King/Antares/ V-mix/ Mix/ Siloking/ Różne modele/ Mieszalnik/Firma KUHN ZAGO TRIOLIET Fliegl KVERNELAD ikeenan Pojemność zbiornika (m 3 ) Ilość modeli (szt.) Układ mieszadeł pionowy poziomy/pionowy pionowy poziomy pionowy poziomy/pionowy Ilość mieszadeł (szt.) Wymiary mieszalnika: Długość (m) 4,3-8,4 3,8-9,8 4,1-8,9 2,0-3,0 8,2-10,4 3,9-7,9 Szerokość (m) 2-2,8 1,95-2,6 1,92-2,8 1,8-3,1 1,90-3,10 1,94-2,6 Wysokość (m) 2,55-3,25 2,4-3,0 2,40-2,95 1,5-2,4 2,30-3,20 2,2-2,90 Prędkość obrotowa mieszadła (obr/min) Masa (kg) Moc ciągnika(kw)/ samobieżny /nie /tak /nie 40 64/nie /tak /nie Waga elektroniczna/program tak/tak tak/tak tak/tak nie tak/tak tak/tak Wysyp paszy: prawy/lewy/obydwa tak/tak/tak tak/tak/tak tak/tak/tak tak/tak/tak tak/tak/tak tak/tak/tak Wysokość wysypu paszy (m) 0,54-0,77 0,5-0,72 0,56-0,80 0,5-0,90 0,52-0,95 0,51-0,92 Ścielenie słomą tak nie nie nie nie nie Wybierak kiszonki nie tak/nie(zależy od modelu) nie tak tak tak/nie(zależy od modelu) System oceny mieszania nie nie nie nie nie tak

37 NOWOŚĆ Zupełną nowość zastosowała firma ikeenan wprowadzając po raz pierwszy w konstrukcjach mieszalników pasz objętościowych i sypkich rozwiązanie pozwalające na automatyczne wyłączanie zespołu mieszającego, po osiągnięciu odpowiedniego stopnia wymieszania składników pasz. Jest to bardzo istotne rozwiązanie, ponieważ zapobiega niepotrzebnemu przedłużaniu mieszania pasz, a co za tym idzie niepotrzebnym stratom paliwa oraz pogarszaniu jakości pasz, które byłyby narażone na degradację z powodu dodatkowego działania zespołów mieszających.

38 Wybierak kiszonki z frezem - Mocuje się na wozie paszowym TMR, na ładowarce lub na trzypunktowym układzie zawieszenia ciągnika. - Frez ma kształt cylindra z szeregiem ostrzy. - Posiada dużą wydajność. - Po wycięciu kiszonki pozostawia po sobie gładką powierzchnię. Źródło: Materiały Agrolmet Źródło: Materiały Agrolmet Źródło: Materiały własne 38

39 NOWE KONSTRKCJE

40 MIESZALNIK WSTĘGOWY

41 NOWOŚĆ

42 NOWOŚĆ

43 Widok pionowego mieszadła z nożami do docinania długich pasz objętościowych, pracujący w mieszalniku firmy LUCAS Źródło: zbiory własne

44 Uniwersalna maszyna firmy LUCAS do przygotowywania i zadawania pasz objętościowych i sypkich oraz do cięcia i ścielenia słomą w budynkach inwentarskich Źródło: zbiory własne 44

45 Samobieżny mieszalnik do pasz objętościowych i sypkich, z trzema mieszadłami pionowymi ora wybierakiem kiszonki z silosów przejazdowych firmy KERNELAND Źródło: zbiory własne

46 Przyczepiany do ciągnika mieszalnik do pasz objętościowych i sypkich firmy SILOFARMER, z trzema pionowymi mieszadłami i przednim wyładunkiem przygotowanej karmy na dwie strony korytarza paszowego budynku inwentarskiego Źródło: zbiory własne

47 Mieszalnik pasz objętościowych i treściwych firmy TRIOLIET, z przednim bocznym wyładunkiem przygotowanej karmy bezpośrednio do koryt Źródło: zbiory własne

48 Widok mieszadła pionowego firmy PROFILE przez boczny otwór wyładunkowy wymieszanych pasz do koryt Źródło: zbiory własne

49 Uniwersalna maszyna firmy JEANTIL do mieszania pasz objętościowych i sypkich oraz do rozdrabiania słomy i ścielenia stanowisk dla zwierząt w budynkach inwentarskich Źródło: zbiory własne

50 PODSUMOWANIE Zastosowanie nowatorskiego rozwiązania konstrukcyjnego dotyczącego automatycznego wyłącznika zespołu mieszającego po osiągnięciu odpowiedniego stopnia wymieszania załadowanej do wozu partii pasz, należy uznać za korzystne z punktu widzenia energochłonności zabiegu oraz niepotrzebnego niszczenia struktury pasz. Wykorzystanie wozów paszowych mieszających do przygotowywania i rozrzucania sieczki na legowiska dla krów, należy uznać za pozytywne powiększenie funkcjonalności maszyny. Wozy paszowe z pionowym układem mieszadeł, są mniej materiałochłonne ok. 22 % oraz zużywają mniej energii podczas mieszania i zadawania pasz dla zwierząt gospodarskich - ok. 24 %. W związku z tym zapotrzebowanie rolnictwa na tego typu wozy jest znacznie większe ok. 30%, w stosunku do wozów z poziomym układem mieszadeł. 50

51 Dziękuje z uwagę!