Мета роботи полягає у підвищенні ефективності процесу приготування повнораціонних комбікормів з їх одночасним знезараженням шляхом удосконалення конструкції експандера і обґрунтування його конструктивно-технологічних параметрів.
Об'єкт дослідження – технологічний процес приготування повнораціонних експандованих комбікормів та технічній засіб для його реалізації.
Предмет досліджень – закономірності протікання процесу експандування повнораціонних комбікормів.
Методи досліджень. Теоретичні дослідження передбачають вивчення закономірностей взаємодії робочих органів експандера комбікормів з технологічним матеріалом із використанням методів системного аналізу, теоретичної механіки, механіки суцільного середовища, інтегральних і диференціальних обчислень, чисельного моделювання в програмному пакеті Simcenter Star-CCM+. Проведення експериментальних досліджень передбачало використання стандартних та розроблених методик, застосовуючи створені фізичні моделі та експериментальні зразки робочих органів, приладів і обладнання. Експериментальні дослідження проводились як в лабораторних, так і виробничих умовах, і включали в себе методику планування багатофакторних експериментів. Аналіз експериментальних даних проводився з використанням статистичних методів обробки даних та прикладного програмного забезпечення Wolfram Cloud.
Наукова новизна одержаних результатів. Розроблено фізико-математичну модель процесу формування експандатів із комбікорму, яка зв’язує технологічні параметри процесу експандування (вологість і температура) із фізико-механічними властивостями суміші комбікормів (середній діаметр частинок суміші, модуль пружності Юнга, коефіцієнт Пуассона, робота когезії на одиницю площі).
Отримано аналітичні і експериментальні залежності у вигляді рівнянь регресії другого порядку продуктивності експандера, його споживаної потужності, питомої енергоємності процесу експандування і щільності отриманих експандатів від радіусів звуження циліндра і увігнутого конуса формуючої насадки, відстані між ними, частоти обертання гвинта і вологості комбікорму.
Отримали подальший розвиток фізико-математичний апарат руху твердих компонентів корму, як дискретних елементів на основі пружно-демпферної контактної моделі Герца-Міндліна, у гвинтовому каналі експандера, який покладено в основу методики чисельного моделювання процесу експандування кормів в програмному пакеті Simcenter STAR-CCM+.
Практичне значення одержаних результатів. Розроблену прес-матрицю із обґрунтованими раціональними конструктивно-технологічними параметрами у складі експандера кормів OEE 30.2 (Amandus Kahl GmbH & Co. KG) було впроваджено у виробництво ТОВ НВО «Глобинський свинокомплекс». Результати науково-технічної роботи у вигляді конструкторської та технічної документації удосконаленого експандера кормів використані й впроваджені на виробництві ТОВ ВО «Восход» для виготовлення відповідного дослідного зразка. Розроблені фізико-математичні моделі і методики чисельного моделювання впроваджені в освітні компоненти ОПП «Агроінженерія» для студентів першого (бакалаврського) і другого (магістерського) освітніх рівнів вищої освіти ДДАЕУ.
Обґрунтована конструктивно-технологічна схема експандера комбікормів із удосконаленою формуючою насадкою, яка відрізняється тим що складається зі звуженої області циліндра, увігнутого конуса і корончатої гайки. При переміщенні нагрітої пластифікованої маси до звуженої області формуючої насадки відбувається підвищення тиску, а після її проходження різке його зменшення. Це досягається через збільшення об’єму робочої області за рахунок форми увігнутого конуса. В результаті чого пластифікована маса розширяється і виходить через корончату гайку з формуючої насадки, утворюючи при цьому експандати.
Для оцінки правильності обраних моделей і фізико-математичного апарата, проведено чисельне моделювання процесу стискання компонентів кормової суміші в циліндричній ємності під дією поршня в STAR-CCM+. Дослідження процесу стискання компонентів кормової суміші були проведені для різних їх фізико-механічних властивостей, а саме середній діаметр частинок суміші, модуль пружності Юнга, коефіцієнт Пуассона, робота когезії на одиницю площі на трьох рівнях їх фіксації. В результаті чисельного моделювання для кожної комбінації фізико-механічних властивостей отримано закономірності пружного гістерезису компонентів корму. В результаті обробки даних моделювання отримані рівняння регресії зміни площі петлі пружного гістерезису і коефіцієнта механічних втрат, висоти отриманого експандату від середнього діаметра частинок суміші, модуля пружності Юнга, коефіцієнта Пуассона і роботи когезії на одиницю.
