ДНІПРОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АГРАРНО-ЕКОНОМІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
 

Інженерно-технологічний факультет 
 

Кафедра інжинірингу технічних систем 
 
 
 
 

Пояснювальна   записка 
до дипломної роботи 

освітнього ступеня  «Магістр» на тему: 
 

Обґрунтування конструкційно-технологічних параметрів  

вібраційного змішувача комбікормів 

 

Виконав: студент 2 курсу, групи МгАІз-1-22 

за спеціальністю 208 «Агроінженерія»  

 

                    ___________ Чуднівець Андрій Володимирович 

 
 
Керівник: _____________ Дудін Володимир Юрійович 
 
 
Рецензент: ____________  Садченко Роман Вікторович 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

Дніпро 2024 



1 
 
 

ДНІПРОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ  
АГРАРНО-ЕКОНОМІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 

Інженерно-технологічний факультет 
 
Кафедра інжинірингу технічних систем 
Освітній ступінь: «Магістр» 
Спеціальність: 208 «Агроінженерія» 
 

 
ЗАТВЕРДЖУЮ 

Завідувач кафедри 
                      ІТС                _     

       (назва  кафедри) 

                      доцент                _ 
        (вчене звання) 

_________     Дудін В.Ю.      _ 
(підпис)                         (прізвище, ініціали) 

«26» грудня 2023 р. 
 
 

З  А  В  Д  А  Н  Н  Я 
НА ДИПЛОМНУ РОБОТУ СТУДЕНТУ 

 
                                      Чуднівцю Андрію Володимировичу                                _                           

(прізвище, ім’я,  по батькові) 
 

1. Тема роботи: Обґрунтування конструкційно-технологічних параметрів  
вібраційного змішувача комбікормів __ 
 
керівник роботи Дудін Володимир Юрійович, к.т.н., доцент                                       _ 
                                                           ( прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання) 

затверджені наказом вищого навчального закладу від 
«26»  грудня 2023 року №  4084 
 
2. Строк подання студентом 12.02.2024 р.  
 
3. Вихідні дані до роботи   Аналіз стану питання процесів та обладнання для 
приготування комбікормів, зокрема змішувачів. 
                               
 
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно роз-
робити)  1. Аналіз стану питання. 2. Обґрунтування динамічного режиму змішу-
вача. 3. Експериментальні дослідження процесу змішування. 4. Охорона праці. 5. 
Економічна оцінка розробленого змішувача. Загальні висновки. Бібліографія. 
 
 
 



2 
 
 

5. Перелік демонстраційного матеріалу  
1. Мета і задачі. (2 аркуші, А4). 2.Теоретичні дослідження процесу (2 аркуші, А4). 
3. Експериментальні дослідження процесу (3 аркуші, А4). 4.  Охорона праці при 
роботі з доїльним апаратом (1 аркуш, А4). 5. Економічні показники розробки (1 
аркуш, А4). 6. Висновки (1 аркуш, А4).                     
.                     
 
6. Консультанти розділів роботи 

 

Розділ Прізвище, ініціали та посада 
консультанта 

Підпис, дата 
завдання  

видав 
завдання 
прийняв 

1-5 Дудін В.Ю., доцент   
Нормоконтроль Івлєв В.В., доцент   

    
    
    
    
    

 
7. Дата видачі завдання: 26.12.2023 р.                                                                   . 

 

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН 
 

№ 
з/п Назва етапів дипломної роботи Строк  виконання 

етапів роботи Примітка 

1 Аналітичний (оглядовий) до 02.01.2024 р.  
2 Теоретичний  до 09.01.2024 р  
3 Експериментальний до 18.01.2024 р.  
4 Охорона праці до 21.01.2024 р.  
5 Економічний до 29.01.2024 р.  
6 Демонстраційна  частина до 12.02.2024 р.  
    
    
    
    

 
 

Студент                 ____________                Чуднівець А.В.      . 
                 ( підпис )                          (прізвище та ініціали) 

 
Керівник роботи  ____________              Дудін В.Ю.           . 
                 ( підпис )                         (прізвище та ініціали)   



3 
 
 

№
 п

/п
 

Ф
ор

м
ат

 
Позначення Найменування 

Кіль-

кість 

аркушів 

Но
м

ер
 

ар
ку

ш
а Примі-

тка 

       
       
       
   Текстові документи    

1 А4  Пояснювальна записка 72   

       

   Демонстраційні матеріали    

       

2 А4  Мета і задачі досліджень. 

 

3 2,3,4  
3 А4  Теоретичні дослідження 2 5,6,7  
4 А4  Експериментальні дослі-

 

3 8,9  
5 А4  Охорона праці 1 10  
6 А4  Економічна частина 1 11  
7 А4  Висновки 1 12  
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       
       

     
46ДР019.000.000РД      

Зм. Арк. № докум. Підп. Дата 

Розробив Чуднівець   
Відомість дипломної ро-

боти 

літера аркуш арку-

 Перевірив Дудін    3 77 
Т. контр    МгАІз-1-22, 

ДДАЕУ 
Н. контр. Івлєв   
Затверд. Дудін   

 



4 
 
 

АНОТАЦІЯ  

 

Чуднівець А.В. Обґрунтування конструкційно-технологічних параметрів 

вібраційного змішувача комбікормів /Випускна кваліфікаційна робота на здо-

буття освітнього ступеня «магістр» за спеціальністю 208 «Агроінженерія» – 

ДДАЕУ, Дніпро, 2024.  

 

У вступній частині дипломної роботи викладено обґрунтування актуаль-

ності обраної теми, сформульовано мету та завдання, а також наведено методи 

досліджень. Шляхом аналізу стану питання змішування сипких кормів визна-

чено, що використання вібраційного змішувача вимагає удосконалення. У дру-

гому розділі роботи проведено теоретичне моделювання роботи вібраційного 

змішувача, на основі якого обґрунтовано технологічні, геометричні, кінемати-

чні та силові параметри. Результати експериментальних досліджень визначили 

оптимальні співвідношення конструктивно-режимних параметрів розробленого 

вібраційного змішувача. Окремо проведено аналіз розробленої конструкції з то-

чки зору охорони праці. Проведено економічне обґрунтування виконаних роз-

робок. Робота включає висновки та перелік використаної літератури. 

 

Ключові слова: сипкі корми, змішувач, вібрація, пружність, однорідність 

змішування, питома енергоємність, питомі експлуатаційні витрати. 

 

 
 

 

 

 

 

 



5 
 
 

ЗМІСТ 

 

 Вступ  7 

1 АНАЛІЗ СТАНУ ПИТАННЯ  9 

 1.1 Аналіз конструкцій змішувачів вібраційного дії   9 

 1.2 Класифікація змішувачів вібраційного дії  17 

 1.3 Технологічні характеристики змішувачів  18 

 1.4 Режими динамічної поведінки сипких матеріалів під час вібрації 21 

 1.5 Висновки до розділу  28 

2 ОБГРУНТУВАННЯ ДИНАМІЧНОГО РЕЖИМУ ЗМІШУВАЧА  30 

 2.1  Обґрунтування основних параметрів змішувача  30 

 2.2 Сили, що призводять до циркуляції продукту  35 

 2.3 Дослідження характеристик процесу змішування  41 

 2.4 Висновки до розділу 46 

3 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ  

ПРОЦЕСУ ЗМІШУВАННЯ  

 

47 

 3.1 Мета і програма експериментальних досліджень  47 

 3.2 Методика експериментальних досліджень  47 

 3.3  Результати експериментальних досліджень  53 

 3.4 Висновки до розділу  57 

4 ОХОРОНА ПРАЦІ 59 

 4.1 Охорона праці при роботі зі змішувачем сипких кормів  59 

 4.2 Розробка проекту інструкції з охорони праці  

при роботі зі змішувачем комбікорму 

 

60 

 4.3 Порядок дій у надзвичайних ситуаціях 62 



6 
 
 

 4.4 Висновки до розділу  63 

5 ЕКОНОМІЧНА ОЦІНКА РОЗРОБЛЕНОГО ЗМІШУВАЧА 64 

 5.1 Вихідні дані 64 

 5.2 Розрахунок показників економічної ефективності 64 

 5.3 Висновки до розділу  66 

 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 67 

 БІБЛІОГРАФІЯ 68 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



7 
 
 

ВСТУП 

 

Одним з основних шляхів підвищення продуктивності тварин і підви-

щення ефективності виробництва тваринницької продукції  є використання ко-

рмових сумішей.  Кормові суміші складаються з  великої кількості поживних 

речовин, необхідних для отримання  максимального біологічного і економіч-

ного ефекту від тварин. Збалансовані кормові суміші для ВРХ  містять до 10%, 

для свиней до 15 ... 20%, а для птиці до 40 ... 50% різних  компонентів.  Зазначені 

добавки вводять в малих дозах, що становлять  десяті, соті і навіть тисячні час-

тки відсотка.   

В останні роки помітний безперервний прогрес при  вдосконаленні і про-

ектуванні обладнання для змішування сипких матеріалів.  З'явилися нові конс-

трукції вібраційних  змішувачів,  що представляють великий інтерес для комбі-

кормового, харчового  виробництва і для інших суміжних галузей переробної  

промисловості: металургійної, будівельної, фармацевтичної,  хімічної.   

До найбільших досягнень науки можна віднести фундаментальні і прик-

ладні  розробки механіки вібраційних машин, механізмів і технологій.  Цей  по-

рівняно молодий розділ механіки знаходить все більш широке практичне засто-

сування при обробці дисперсних систем в  віброкиплячому шарі, прискорює 

процес масообміну. Обумовлено це тим, що при використанні вібраційних ефе-

ктів  на матеріал підвищується продуктивність обладнання,  знижуються питомі 

енергетичні витрати, поліпшується якість продукції. Причому вібраційні ефе-

кти піддаються швидкому  регулювання шляхом зміни параметрів вібрації, що 

сприяє оптимізації основних технологічних режимів, відповідно до високих  ви-

мог, що пред'являються до якості суміші.   

Аналіз існуючих конструкцій змішувачів вібраційного дії, що застосову-

ються у виробництві сипких кормових сумішей, а також теоретичних дослі-

джень дозволяє зробити наступні висновки:  



8 
 
 

- застосовувані в даний час змішувачі не відповідають повною мірою 

пропонованим до них вимогам, у зв'язку з чим виникає необхідність подаль-

шого вдосконалення в частині зниження їх енергоємності, динамічної напруже-

ності і шуму в роботі;  

- перспективним напрямком у виробництві сипких кормових сумішей є 

застосування вібрації, яка дозволяє інтенсифікувати процес змішування. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



9 
 
 

1 АНАЛІЗ СТАНУ ПИТАННЯ 

 

1.1 Аналіз конструкцій змішувачів вібраційного дії   

 

Виробництво сипких кормових сумішей безпосередньо в господарствах  

на малогабаритному обладнанні економічно вигідно, тому що  істотно знижу-

ються витрати на транспортування сировини, її зберігання, а  також найбільш  

На рис. 1.1 представлені конструкції вібраційних змішувачів  періодичної 

дії, виконаних на базі вібромлинів.  Робоча  камера таких змішувачів опирається 

на пружні опори, що дозволяє їй  здійснювати коливальні рухи.  Завдяки ство-

рюваній вібрації, частинки сипкого матеріалу інтенсивно циркулюють всере-

дині камери, в  внаслідок чого виходить однорідна маса.  При очевидній прос-

тоті  конструкції змішувачі такого типу залишаються громіздкими і  малопро-

дуктивними. 

 

 
 Рисунок 1.1 – Конструкції вібраційних змішувачів, розроблених на базі 

вібромлинів М-100, М-200, М-400: а - з дебалансним  віброзбуджувачем всере-

дині валу;  б - з дебалансним  віброзбуджувачем всередині валу і напрямною 

гребінкою;  в - з виносним віброзбуджувачем і лопатевим валом;  г - з виносним 

віброзбуджувачем і реактивним скребком   

 



10 
 
 

Конструкція вібраційного змішувача ДВС-Н, представлена на рис. 1.2.   

 

 
Рисунок 1.2 - Вібраційний змішувач ДВС-Н 

 

Він складається з  корпусу 1, всередині якого встановлені два вала з лопа-

тками 7, при цьому  вали обертаються назустріч один одному.  Одна частина 

приварених до валів лопаток має кут атаки 90°, а інша - 45°.   

Корпус вібраційного  змішувача закріплений на пружинах 5, рама змішу-

вача приводиться в  коливальний рух обертовим валом 4 з дебалансом.  У ниж-

ній частини рами встановлено противагу 3, вали змішувача приводиться в обе-

ртання  від електродвигуна.   

Вібраційний змішувач працює наступним чином: компоненти засипа-

ються в прийомну лійку, звідки вони  потрапляють у внутрішню порожнину 

змішувача, там компоненти піддаються  інтенсивного перемішування лопат-

ками з кутом атаки 90°, а лопатки з  кутом атаки 45° проштовхують суміш до 

вивантажувального вікна.   

Основним недоліком даного вібраційного змішувача є  висока металоєм-

ність і енергоємність.   

На рис. 1.3 представлена  конструкція лоткового вібраційного  змішувача. 



11 
 
 

 
 

Рисунок 1.3 - Лотковий вібраційний змішувач 

 

 Конструкція даного типу змішувача є вібраційно-транспортуючою ма-

шиною з плоским  жолобом 1, в якому каскадно встановлені гребінк 

и 5, що є  робочими органами.  Коливальні рухи передаються жолобу че-

рез  еластичні ресори 3, встановлені на рамі 2. Під час роботи  змішується маса 

під впливом вібрації перемішується за рахунок  розпушення на крайках зубів.  

До основного недоліку даної конструкції слід віднести відсутність згла-

джування при нерівномірному подачі компонентів дозаторами.   

На рис. 1.4 дано вид торовидного вібраційного змішувача.  Дана констру-

кція містить  торовидний корпус 1, патрубки введення 5 і виведення 6 матері-

алу, внутрішню  насадку 7, жорстко закріплену в центрі основи змішувача. 



12 
 
 

 
 

Рисунок 1.4 - Вібраційний змішувач з торовидною камерою  змішування  

 

Робота даного пристрою здійснюється наступним чином.  При  включенні 

віброзбудника 4 корпус змішувача 1 отримує коливання, в  внаслідок яких ма-

теріал починає циркулювати по складній траєкторії  навколо внутрішньої наса-

дки 7 і при зіткненні з її складною поверхнею  отримує імпульс, який ускладнює 

траєкторію руху частинок.  Таким  чином, установка внутрішньої насадки інте-

нсифікує процес змішування.   

До недоліків даної конструкції вібраційного змішувача слід  віднести не-

значний об’єм змішувача і статичне закріплення внутрішнього робочого ор-

гану.   

Конструкція трубного вібраційного змішувача приведено на рис. 1.5.  В 

камері змішування 1, ексцентрично розміщена труба 2, всередині труби 2 роз-

ташований обертається вал з дебалансами 3. Вал приводиться в обертання від 

електродвигуна, встановленого на станині змішувача.  Камера змішування спи-

рається на пружини 4, при цьому пружини через гумові прокладки  8 також спи-

раються на станину корпусу.  



13 
 
 

 

 
 

Рисунок 1.5 - Трубний вібраційний змішувач 

 

Працює змішувач наступним чином. Компоненти завантажують в камеру 

змішування.  У ній маса сипкого матеріалу безперервно пересувається уздовж 

вібруючої труби.  Труба рухається по круговій або еліпсоїдальної траєкторії з 

високими прискореннями.  Основна маса сипкого матеріалу циркулює в попе-

речних перетинах труби в бік, зворотний обертанню віброзбудника.  

Основними недоліками даної конструкції є високі динамічні наванта-

ження в системі, гучність у роботі.  

На рис 1.6 представлена конструкція вібраційного змішувача безперерв-

ної дії.  Змішувач складається з віброжолоба 1 з укріпленими всередині нього 

рівномірно один за одним з нахилом до днища елементами 2. Віброжолоб 1 за 

допомогою ресор 3 спирається на раму 4. Коливання передаються віброжолобу 

ексцентриковим приводом 5.  

Перемішуючі елементи закріплені в двох точках за допомогою шарніра 6 

на одному кінці і пружини 7 на іншому.  

 



14 
 
 

 
Рисунок 1.6 - Вібраційний змішувач безперервної дії 

 

Принцип роботи змішувача наступний.  Під впливом вібрації жолоба маса 

надходить на перший перемішуючий елемент, пересувається деякий час по його 

гладкій частині, потім по його зубах, де перемішуються частки маси, потім від-

бувається падіння маси на днище жолоба, переміщення по гладкій частині дру-

гого перемішує елемента, переміщення по його зубах, падіння і т.д.  Поряд з 

основними коливаннями жолоба змішувача з перемішуючими елементами, 

останні додатково здійснюють коливання (вібрації) з невеликою амплітудою в 

вертикальній площині.  

Недоліком даної конструкції є висока металоємність.  

Наступна конструкція вібраційного змішувача представлена на рис 1.7.  

Вібраційний змішувач містить циліндричний завантажувальний бункер 1 з вер-

хнім 2 і нижнім 3 отворами в стінці.  Між отворами 2 і 3 на його зовнішній 

поверхні закріплений спіральний жолоб 4 з перфорованими витками.  На кінці 

жолоба 4 встановлений розвантажувальний патрубок 5. На дні 7 завантажува-

льного бункера, розташованого на рівні нижнього отвору 3, встановленаспівві-

сно з ним циліндрична вставка 8, на якій закріплена спіральна лопать 4, що при-

микає до внутрішньої поверхні завантажувального бункера 1.  

 



15 
 
 

 
 

Рисунок 1.7 - Вібраційний змішувач конструкції КТІП 

 

Робота даного пристрою здійснюється наступним чином.  при включенні 

Вібропривід циліндричний завантажувальний бункер з закріпленим на його зо-

внішній поверхні спіральним жолобом здійснює складний просторовий рух.  

Під дією спрямованої вібрації інгредієнти скочуються по лопаті 3 до отвору 5 в 

стінці бункера 1. Її нахил в сторону руху інгредієнтів збільшує швидкість віб-

ротранспортування шару.  В процесі віброруху по жолобу 4 інгредієнти перемі-

шуються.  Перфорація спірального жолоба 4, повертаючи частина матеріалу з 

верхніх витків на нижні, сприяє усередненню його складу по висоті апарату і 

тим самим інтенсифікує змішування.  Після досягнення сумішшю заданого яко-

сті патрубок 5 відкривають і вивантажують готовий продукт.  

Недоліком даної конструкції є висока енергоємність. Конструкція вібра-

ційного змішувача, розробленого в Кременчуцькому виробничому об'єднанні 

«Дормашина», представлена на рис. 1.8.   



16 
 
 

 
 

Рисунок 1.8 - Конструкція вібраційного змішувача, розробленого в Кре-

менчуцькому виробничому об'єднанні «Дормашина» 

 

Вібраційний змішувач містить коритоподібний корпус, всередині корито-

подібного корпусу встановлений лопатевої вал 4, вібраційний лоток 5 зі збуд-

ником 6 кругових коливань за допомогою пружних опор 7 встановлений під 

кутом в 40° до горизонтальної площини так, що його розвантажувальна кромка 

розташована над вільною боковиною днища 3 уздовж утворює циліндричної 

поверхні з зазором, рівним 1,5…5 мм.  

Робота даного пристрою здійснюється наступним чином. Включають 

приводи лопатевого вала 4 і віброзбудника 6, у вібраційний змішувач заванта-

жують компоненти. Обертовим лопатевим валом 4 суміш перемішується і ви-

кидається на вібраційний лоток 5, де вона піддається інтенсивному вібрацій-

ному впливу.  З вібраційного лотка 5 суміш знову повертається в зону дії лопа-

тевого вала 4. Після закінчення перемішування готова суміш вивантажується 

через затвор в днище.  



17 
 
 

Недоліком даної конструкції змішувача є велика енергоємність і метало-

ємність. 

Проведений аналіз конструкцій змішувачів вібраційного типу для змішу-

вання сипких матеріалів показує, що все відомі схеми змішувачів досить далекі 

від досконалості.  Здебільшого конструкції недостатньо надійні через некеро-

ваність динамічних навантажень, що передаються при вібраційних впливах без-

посередньо на корпус змішувача, а не на перемішуваний матеріал.  

 

1.2 Класифікація змішувачів вібраційного дії  

 

Для того щоб провести детальний аналіз, пов'язаний з існуючими і класи-

чними конструкціями змішувачів вібраційного типу, з виявленням переваг і не-

доліків в їх роботі, необхідно розглянути класифікацію вібраційних змішувачів 

для змішування сипких матеріалів, яку можна побудувати, спираючись на різні 

критерії.  

Для більш повного уявлення існуючої картини вібраційного змішування 

необхідно дотримуватися вже сформованих загальних підходів, на підставі 

яких можна вибудувати найбільш раціональну класифікацію змішувачів по од-

ній з наступних ознак:  

- за характером процесу змішування (періодичної дії, безперервної дії).  

- по виду потоку частинок змішуваного матеріалу (детерміноване перемі-

щення, стохастичне переміщення).  

- по розташуванню робочої камери (горизонтальне розташування, похиле 

розташування, вертикальне розташування).  

- за типом робочого органу (з жорстким робочим органом, з гнучким ро-

бочим органом).  

 



18 
 
 

 
 

Рисунок 1.8 - Класифікація вібраційних змішувачів 

 

Представлена класифікація на рис. 1.8 охоплює більшість існуючих віб-

раційних змішувачів і різноманіття їх конструктивно-технологічних рішень.  

Разом з тим вона дає уявлення про причинно-наслідковий зв'язок тих недоліків 

і переваг, які притаманні їм.   

Ці ознаки класифікації є визначальними при виявленні оптимальної конс-

труктивно-технологічної схеми вібраційного змішування сипких матеріалів. 

 

1.3 Технологічні характеристики змішувачів  

 

До технологічних характеристик змішувачів відносять:  

- технологічну (корисну) місткість змішувача, тобто об’єм фактичного пе-

ремішування, м3;  



19 
 
 

- якість змішування кормів, яка визначається через коефіцієнт варіації ко-

нтрольного компонента;  

- тривалість змішування (час для досягнення необхідної однорідності су-

міші), хв;  

- продуктивність змішувача, кг/с;  

- пристосованість до виконання спеціальних технологічних операцій (за-

парювання, подрібнення, роздачі кормів).  

До конструкції і режимів робочих органів змішувачів пред'являються й 

інші вимоги, такі як уникнення застійних зон і сепарації суміші по грануломет-

ричному складу, забезпечення швидкого завантаження компонентів і виванта-

ження кормосуміші. Це досягається відповідним вибором робочих органів, а та-

кож конструкції змішувача і допоміжних пристроїв для конкретних умов з ура-

хуванням фізико-механічних властивостей компонентів.  

Серед перерахованих показників найважливіше значення мають ті, які ви-

значають якість змішування кормів. Для оцінки якості змішування суміш умо-

вно вважають двокомпонентною. Зазвичай виділяють один компонент (конт-

рольний), інші об'єднують в другий (умовний). Таким чином, в цій двокомпо-

нентній суміші випадковою величиною є утримання контрольного компонента 

в мікрообсязі.   

До контрольного компоненту пред'являють такі вимоги: порівняльна про-

стота визначення його утримання в пробі, невелика кількість, відмінність від 

інших компонентів. Цим вимогам в комбікормах відповідає сіль, у вологих ко-

рмах - насіння ячменю або буряка.  Контрольним компонентом може бути або 

компонент кормосуміші, що входить в неї в малих кількостях, або спеціальний 

компонент (індикатор). При цьому вважають, що якщо контрольний компонент 

розподілений рівномірно, то і всі інші розподілені задовільно.  

Згідно ОСТ 70.19.2-83, якісною характеристикою процесу змішування є 

нерівномірність (неоднорідність) суміші, оцінювана через коефіцієнт варіації 



20 
 
 
Сх контрольованого або контрольного компонента. В якості останніх можуть 

служити кухонна сіль, зерна ячменю або насіння буряка, що вводяться в кіль-

кості 1% до маси всієї суміші. Розрахунок для змішувачів безперервної дії ве-

дуть за формулами: 

 

 ,                                                          (1.1)  

 

 

 ,                                                              (1.2)   

 

де Xi - концентрація контрольованого або контрольного компонента в 

пробах (вагова, відносна, кількість одиниць);  

Х - середньоарифметична концентрація контрольного компонента; 

n - число відібраних проб.  

Для змішувачів періодичної:  

 

,                                                   (1.3)  

  

                                                   (1.4)   

 

Однорідність суміші Θ пов'язана з неоднорідністю співвідношенням  

 

                                                   (1.5) 

   

 

 

 

 



21 
 
 

1.4 Режими динамічної поведінки сипких матеріалів під час вібрації  

 

Багатьма дослідниками були відзначені зміни в поведінці матеріалу при 

зміні параметрів вібрації.  Характерною величиною, яка оцінює інтенсивність 

вібрації, є добуток амплітуди коливань на квадрат частоти коливань Aω2.  При 

Aω2<g циркуляційного руху середовища не виникає. Більш того, після деякого 

руху, пов'язаного з ущільненням середовища, настає відносний спокій, і мате-

ріал рухається разом з місткістю (рисунок 1.9 а, початковий рівень матеріалу 

показаний пунктирною лінією).  

 

 
                         а                                              б                                         в 

Рисунок 1.9 - Види руху зернистого матеріалу під дією вібрації 

 

При Aω2>g починається впорядкований рух сипкого середовища в ви-

гляді циркуляційних потоків (рисунок 1.9 б). Залежно від висоти шару може 

виникати один або ціла група осередків циркуляції. Швидкість циркуляції в 

цьому режимі має однакове по модулю значення, що можна трактувати як де-

термінований (ламінарний) рух матеріалу. Виникнення контурів циркуляції ма-

теріалу є не що інше, як самоорганізація зернового матеріалу під дією вібрацій.  



22 
 
 
Навіть при строго вертикальному напрямку коливань і симетричній формі ем-

ності, які виключають будь-яку анізотропію (кінематичну, сил опору, геомет-

ричну), яка пояснює появу вібраційного переміщення, виникають циркуляційні 

рухи. 

Механізм виникнення осередків в рухомому матеріалі, представляється 

наступним.  Значну роль тут відіграє аеродинамічний фактор.  У режимі вібра-

ції, при якому сипкий матеріал має можливість відриватися від вібруючого 

днища, в момент «польоту» між матеріалом і днищем виникає повітряний про-

шарок, тиск якого змінюється двічі за період коливань.  При підкиданні матері-

алу тиск в прошарку стає нижче атмосферного, при падінні - вище.  При падінні 

тиску в повітряному прошарку нижче атмосферного повітря підсмоктується че-

рез верхню границю матеріалу, при підвищенні ж тиску витісняється через неї.  

Причому в матеріалі виникають деякі напрямки руху повітряних потоків, за 

якими йде підсос і витіснення повітря.   

Виникаючі повітряні потоки захоплюють частинки матеріалу і втягують 

їх у циркуляційний рух. Якщо матеріал, який бере участь в ламінарній цирку-

ляції, неоднорідний за формою і щільності складових його частинок, то може 

спостерігатися змішування або поділ його за вказаними ознаками і встанов-

лення динамічної рівноваги процесів поділу - змішування.  

При режимах, в яких Aω2>g, що характеризуються інтенсивною дією віб-

рації, настає стохастичний (турбулентний) рух зернистого матеріалу і його ін-

тенсивне перемішування по всьому об'єму (рис. 1.9 в).  Необхідно відзначити, 

що випадковий рух матеріалу відбувається при відсутності випадкових зовніш-

ніх сил, полів і джерел енергії.  Це ріднить виникнення турбулентності з проце-

сом розвитку автоколивань. Оскільки дане явище реалізується при досить інте-

нсивних вібраціях, то утворюється велика за об’ємом повітряна подушка між 

робочим органом і оброблюваним матеріалом.  Такий прошарок повітря завжди 

створює якісно нову коливальну систему: зерновий матеріал-газ, в якій роль 



23 
 
 
пружного елемента грає локалізований в подушці газ, а інерційного - стовп зе-

рнового матеріалу над подушкою.  У такій системі завжди виникають автоко-

ливання, супроводжуються періодичним проривом повітря з подушки під зов-

нішнє середовище і назад, що призводить до інтенсивного руху матеріалу і його 

перемішування.   

Прориви великих повітряних бульбашок до верхньої межі шару створю-

ють ефект віброкипіння матеріалу. Таким чином, рух зернистого матеріалу в 

відбувається, в основному, під дією двох сил - аеродинамічній (створюється ос-

цилюючим повітряним потоком) і сили сухого тертя.  

Аеродинамічні сили відіграють домінуючу роль при певній формі вібра-

ційних робочих органів і при вертикальних або при горизонтальних коливан-

нях.  Сили сухого тертя (фрикційні) проявляються в значній мірі при наявності 

кінематичної (похилі, кругові, еліптичні коливання), динамічної (похилий шар), 

фрикційної (неоднаковість сили сухого тертя в прямому і зворотному напря-

мку) або геометричної (асиметрія в формі ємності) анізотропії. Фрикційні сили, 

при їх наявності, сильно ускладнюють картину руху матеріалу, а спільна взає-

модія аеродинамічних і фрикційних сил може призводити до дуже складного 

характеру руху матеріалу. Дослідження, присвячені геометричній анізотропії та 

відповідної їй поведінки матеріалу в циліндричному змішувачі з гнучким віб-

роднищем, наведені в наступному розділі.  

За допомогою вібрації можна здійснювати велику кількість операцій в те-

хнологічних процесах сільськогосподарських і переробних підприємств.  Зале-

жно від деяких параметрів вібраційної машини і самого вібраційного впливу, 

таких, як амплітуда і частота коливань, напрямок коливань, розмір і форма ко-

рпусу, тощо, вібрація може бути використана для здійснення прямо протилеж-

них за своєю суттю процесів: змішування і поділу компонентів, збільшення або 

зменшення сили тертя між поверхнями, ущільнення або розпушення сипучих 



24 
 
 
матеріалів і т.д. Тому, використовуючи подібні за своєю конструкцією або на-

віть абсолютно однакові машини, можна отримати абсолютно різні ефекти при 

різних параметрах вібрації. Для ефективного використання існуючої і ство-

рення нової вібраційної техніки необхідно грамотно, теоретично обґрунтовано 

підходити до цього питання.  

Велика кількість дослідників, які спостерігали за поведінкою сипучого 

матеріалу під впливом вібрації, також виділяють три характерних динамічних 

режими, що залежать, головним чином від інтенсивності вібраційного впливу.  

При найменш інтенсивній вібрації, коли віброприскорення приймає зна-

чення менше прискорення вільного падіння, відбувається рух частинок щодо 

один одного.  При такому русі коефіцієнт тертя спокою зменшується до коефі-

цієнта тертя ковзання часток один щодо одного. В результаті чого відбувається 

взаємний перерозподіл часток в обємі матеріалу, дрібні частинки укладаються 

в пори між більшими, об’єм матеріалу зменшується, тобто відбувається його 

ущільнення.  

Збільшення інтенсивності вібраційного впливу переводить сипучий мате-

ріал в стан, який називають псевдозрідженим або віброзрідженим.  Віброзрі-

дження виникає при віброприскореннях, трохи переважаючих прискорення ві-

льного падіння.  У цьому стані інерційні сили, що діють на частинки матеріалу, 

перевершують сили тертя між частинками, але ще досить малі для того, щоб 

відбувався відрив частинок одна від одної. У матеріалі, що знаходиться в стані 

віброзрідження, відбувається активне ковзання часток одна щодо одної, вини-

кають різні циркуляційні потоки, які сильно нагадують потоки в в'язкої рідини.  

Третій режим руху матеріалу, який називають віброкипінням, виникає 

при найбільш інтенсивному вібраційному впливі.  В цьому режимі відбувається 

не тільки відносне проковзування частинок, але і відрив їх одна від одної, коли 

одні частинки підкидаються на значну висоту, а інші провалюються в порож-



25 
 
 
нечі, що утворилися.  В результаті підкидань, падінь і взаємних зіткнень части-

нок виникає їх хаотичний рух. Наявність великої кількості експериментальних 

досліджень підтверджують «рідинну» поведінку вібруємого зернистого матері-

алу, теоретичне обґрунтування можливості використання рівнянь Нав'є-Стокса 

для опису динаміки віброзрідженого шару закладають основу для вирішення 

практичних завдань, пов'язаних з віброобробкою сипучих середовищ. 

Можливість використання підходів сучасної нелінійної динаміки до 

опису поведінки зернистого матеріалу, який піддається вібрації показав І. Я. 

Федоренко. Тут зернистий матеріал розглядається як в'язка рідина, а вплив на 

нього вібрації ототожнюється з підведенням теплової енергії до днища судини.  

Вихідними для опису динаміки шару є рівняння Нав'є-Стокса і нерозривності, 

в які, однак, додані нові члени, що враховують осцилуючий характер руху, що 

створює спрямовані потоки матеріалу.  Посилаючись на подобу своєї моделі 

руху з термоконвективною моделлю, побудованою американським фізиком-ме-

теорологом Е. Лоренцом, автор прирводить її до системи Лоренца: 

 

,                                                     (1.6) 

 

де x, y, z - нові перемінні;  

σ, r, b - деякі параметри.  

Фізична сутність нових перемінних наступна.  Перемінна x характеризує 

швидкість циркуляції матеріалу, y пропорційна різниці амплітуд коливань між 

спадними і висхідними потоками, z пропорційна відхиленню вертикального 

профілю амплітуд коливань від рівноважного значення.  

З використанням теорії розмірності для з'ясування фізичного сенсу пара-

метрів σ, r, b отримані наступні вирази:  



26 
 
 

 

,                                (1.7) 

 

де A, ω - амплітуда і колова частота вібрацій; 

 h - початкова висота шару сипучого матеріалу;  

ν - ефективна кінематична в'язкість сипкого середовища; 

D - поперечний розмір контейнера з сипким матеріалом.  

Рівняння моделі (1.7) є нелінійними і їх рішення можливо лише чисель-

ними методами.  Для моделі Лоренца можливі три виду рішень, які залежать від 

величини параметрів σ, r, b, які добре узгоджуються з експериментом.  Причому 

дана система проявляє біфуркації, тобто різні якісні перебудови, які виникають 

раптово у відповідь на плавну зміну керуючих параметрів.  Значення парамет-

рів, при яких відбувається якісна зміна режиму руху сипучого матеріалу, нази-

ваються критичними або біфуркаційними і позначаються зірочкою.  Друге кри-

тичне значення параметра буде відповідати додаванню двох зірочок.  

Можна виділити три основних динамічних стани (режиму руху) сипкого 

матеріалу при вібраціях, які випливають з моделі Лоренца.  

Спокій (за винятком невеликого руху, пов'язаного з ущільненням матері-

алу), спостерігається при r<r*≈ 1. У моделі Лоренца мова йде про усереднений 

рух, тобто про циркуляцію сипкого середовища. Очевидно, що вібрації матері-

алу при r<r* існують, але спрямованого усередненого руху немає (табл. 1.1).  У 

літературі даний динамічний стан шару сипкого матеріалу прийнято називати 

псевдозрідженим, оскільки відносні вібрації частинок зменшують зчеплення 

між ними, частки ближче підходять один до одного, здійснюється їх щільніше 

укладання.  Максимальна ущільнення досягається зазвичай при r≈ 1 і становить 

величину близько 10...15 відсотків (по збільшенню щільності шару). 



27 
 
 

Таблиця 1.1 - Основні динамічні стани сипкого середовища при вібрації 

 

Режими руху  

матеріалу 

Графічна інтерпретація  

рівняння руху середовища 

Особливості поведінки зер-

нистого матеріалу при вібра-

ції 

 
 

деяке ущільнення матері-

алу, циркуляції немає, «тре-

мтіння» частинок середо-

вища, поява ознак віброзрі-

дження 

 
 

детермінована (ламінарна) 

циркуляція, сегрегація ком-

понентів за розмірами і 

щільністю 

 
 

стохастичне (турбулентне)  

віброкипіння, інтенсивне 

перемішування середовища 

 

Правильні циркуляційні рухи сипкого матеріалу, які нагадують осередки 

Бенара в підігріваємому шарі в'язкої рідини, проявляються при r<r*≈ 1  та 



28 
 
 
σ<σ*≈b+1носять детермінований (ламінарний) характер.  Шар при цьому роз-

пушується, наповнюється повітрям і нагадує за своїм станом киплячу рідину.  

Неоднорідний матеріал в цьому режимі розділяється по щільності і розміру ча-

сток.  

Стохастичні циркуляційні рухи з'являються при критичному значенні ко-

ефіцієнта перевантаження. Слід звернути увагу на те, що на вхід розглянутої 

системи подається чисто синусоїдальний вплив, а відгук її є стохастичним 

(тобто виникає рух, схожий з турбулентним в істинній рідині).  Отже, мова йде 

про генерування хаосу. Модель Лоренца була першою, яка відображала цю іс-

тотну особливість багатьох реальних процесів.  Її рішення показує, що рух псе-

вдорідини не виходить ні на стаціонарний, ні на періодичний режим. Видно, що 

спочатку відбувається кілька коливань різного розмаху в області, де x>0, далі 

функція «перескакує» в негативну область, потім знову в позитивну і т. д., при-

чому все це відбувається випадковим чином.   

За рахунок такого руху відбувається досить інтенсивне перемішування 

складових сипкого матеріалу, причому останній сильно розпушується, до його 

поверхні постійно піднімаються газові бульбашки. Усе це створює ефект інте-

нсивного віброкипіння шару сипкого матеріалу. 

 

1.5 Висновки до розділу 

 

Оцінка існуючих конструкцій вібраційних змішувачів, які застосову-

ються у виробництві сипких кормових сумішей, разом із теоретичними дослі-

дженнями дозволяє зробити наступні висновки: 

- поточні використовувані змішувачі не повністю відповідають вимогам, 

що висуваються до них. Це породжує необхідність подальшого удосконалення, 

зокрема у зменшенні їх енергоспоживання, динамічній жорсткості і рівні шуму 

під час роботи. 



29 
 
 

- перспективним напрямком у виробництві сипких кормових сумішей є 

використання вібрації, що дозволяє інтенсифікувати процес змішування. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



30 
 
 

2 ОБГРУНТУВАННЯ ДИНАМІЧНОГО РЕЖИМУ ЗМІШУВАЧА 

 

 2.1 Обґрунтування основних параметрів змішувача 

 

Камеру змішувача утворює циліндрична ємність, днище якої являє гнучку 

мембрану 3 з жорсткими пластинами круглої форми (рисунок 2.1).  Мембрана 

з'єднана з віброприводом 2. Наявність жорстких пластин дозволяє розглядати 

коливання мембрани як поршня, що здійснює вертикальні переміщення. Будемо 

називати такий робочий орган віброднищем.  Під дією віброднища матеріал, в 

залежності від інтенсивності вібраційного впливу, може ущільнюватися, цир-

кулювати з підйомом потоку в центрі камери і опускатися по периферії, цирку-

лювати з накладенням хаотичного руху твердих частинок. Саме останній режим 

найбільш сприятливий для проведення процесу змішування.  

На відміну від класичного випадку вібрації всієї ємності, розглянутих у 

багатьох роботах [13, 14, 15], в нашому випадку вібрує лише днище, а стінки 

ємності є нерухомими.  Проте динаміка змішуваного матеріалу, як показують 

наші експерименти, в обох випадках ідентична. У той же час динамічна наван-

таженість всього пристрою в цілому істотно знижена.  

Визначимо закон руху віброднища під дією віброприводу ексцентрико-

вого механізму.  

Знайдемо зміщення S в проміжному положенні: 

 

,                                    (2.1) 

 

,                                    (2.2) 

 



31 
 
 

,             (2.3) 

 

 
 

Рисунок 2.1 - Схема приводу вібраційного змішувача 1 - комбікорм;  2 - 

вібропривід;  3 - віброднище;  S - зміщення віброднища; R - радіус ексцентрика;  

l - довжина шатуна;  h - початкова висота матеріалу;  ϕ - кут повороту  

 

Зміщення S:  

,                              (2.4) 



32 
 
 

У деяких проміжних положеннях зміщення дорівнює:  

 

,                                        (2.5) 

 

,                                        (2.6) 

 

Таким чином, амплітуда коливань AO дорівнює R, розмах 2R, а закон пе-

реміщення віброднища має вигляд:  

 

,                          (2.7) 

 

.   (2.8) 

 

Оскільки в ексцентрикових механізмі l>>R, то приймемо, що (R/l)2≈0, тоді 

змішення x віброднища буде описуватися законом (враховуючи, що ϕ=ωt):  

 

,                                            (2.9) 

 

а швидкість віброднища:  

 

.                                            (2.10) 

 

Таким чином, R є також амплітудою коливань матеріалу при x=0, тобто  

 

AO=R.                                                   (2.11)     
 



33 
 
 

Отже, в першому наближенні рух віброднища є гармонійним, не містить 

будь-якого виду випадкових компонент руху. Проте, в русі змішуваного мате-

ріалу велика роль стохастичної складової. Схематично рух по вертикалі кожної 

частки змішуваного матеріалу можна представити у вигляді:   

 

,                                 (2.12) 

     

де  - відповідно циркуляційна, коливальна та хаотична 

компоненти руху.  

Облік всіх компонент руху створює певні труднощі при сучасному розви-

тку науки. Це пов'язано з особливостями даної динамічної системи «вібро-

днище - змішуваний матеріал», яке проявляє ознаки самоорганізації (синерге-

тики).  

Синергетика - це наука про спільні, кооперативних рухах частинок будь 

– якого середовища.  У нашому випадку циркуляційний рух змішуваного мате-

ріалу створюється самим середовищем, бо гармонійний вплив віброднища не 

містить, здавалося б, умов для появи такого руху.  

Стохастичне «кипіння» змішуваного матеріалу теж з розряду обговорю-

ваних явищ. Хаос генерується самою системою «віброднище-змішуваний мате-

ріал».  По іншому ця система є генератором хаотичності руху частинок змішу-

ваного матеріалу.  

Для проведення технологічного процесу змішування сипких кормів саме 

явища циркуляційного і хаотичного руху зумовлюють саму можливість змішу-

вання.  Від цих же рухів залежить і якість процесу змішування.  

Але навіть при відсутності цих явищ руху змішуваного матеріалу все одно 

було б важко описати. Справа в тому, що змішуваний матеріал являє собою ге-

терогенну суміш, що включає дві фази: газоподібну (повітря) і тверду диспер-

сну (частка корму).  Ці фази знаходяться в різних агрегатних станах.  Їх роль 



34 
 
 
так само нерівнозначна. Повітря є несучою фазою, бо його вплив на частинки є 

джерелом їх руху (за винятком частинок, що безпосередньо контактують з віб-

роднищем). Наприклад, при змішуванні комбікормів число компонентів може 

доходити до 15-20.  Компоненти відрізняються один від одного розмірами, ма-

сою, щільністю, фрикційними, аеродинамічними властивостями і т.д.  Підхід, 

пов'язаний з вивченням руху кожної фази і компонента, практично нереальний.  

Обумовлено це наступним:  

1. До сих пір не з'ясовано механізм міжфазної і міжкомпонентної взаємо-

дії в гетерогенному середовищі;  

2. Необхідно вводити функції розподілу часток за розмірами, щільністю і 

т.д .;  

3. З визначення функції розподілу випливає необхідність знання усієї кі-

лькості частинок того або іншого компонента;  

4. Отримані рівняння руху не є лінійними, і для їх наближеного рішення 

необхідно застосування методів осереднення. 

Конкретні прийоми осереднення досі недостатньо вивчені. Зокрема, спі-

рними є пропозиції осереднення по деякому об'єму, розмірам компонентів і т.д.   

У зв'язку з вищесказаним, в нашій роботі ми використовуємо підхід, за-

снований на дуалізмі: частка - суцільне середовище.  

По - іншому, наш фізичний процес може бути описаний як з використан-

ням математичного апарату, заснованого на уяві про об'єкт як системи части-

нок, так і за допомогою формалізму, заснованого на рівняннях суцільних сере-

довищ. Такий опис дає необхідну інформацію про процеси руху елементів шару 

сипкого матеріалу та їх перемішуванні.  

За характером руху окремих частинок, елементів середовища можна по-

бічно судити про процес змішування сипучих матеріалів і виявити механізми 

управління цим технологічним процесом. Очевидно, що ми ставимо собі за 



35 
 
 
мету - дати в основному якісний опис явищ, що протікають в камері змішування 

пропонованого вібраційного змішувача.  

 

2.2 Сили, що призводять до циркуляції продукту 

 

Розглянемо відносний рух частинки в віброкиплячому шарі змішуваного 

матеріалу. Схема сил, що діють на одиночну частку в такому русі, представлена 

на рис. 2.2 

 

 
Рисунок 2.2  - Схема сил, що діють на частку в віброкиплячому шарі  (F, P - 

усереднені за період коливань сили сухого тертя і аеродинамічного опору) 

 

Нам слід врахувати наступні сили, що діють на частинку:  

- силу тяжіння  

 



36 
 
 

,                                           (2.13) 

 

де d - еквівалентний діаметр частинки; 

ρr - щільність матеріалу частинки;  

g - прискорення вільного падіння;  

- силу Архімеда від впливу на частку навколишнього середовища  

 

,                                           (2.14) 

 

де ρc - щільність середовища, що оточує частку;  

- силу аеродинамічного опору від впливу повітряного потоку:  

 

,                                           (2.15) 

 

де cв - коефіцієнт опору частки повітряному потоку;  

- силу сухого тертя, що моделює взаємодію частинки з іншими частин-

ками: 

 

                                           (2.16) 

 

- переносну силу інерції, оскільки ми розглядаємо відносний рух  

 

J=mAω2cosωt,                                             (2.17) 



37 
 
 

де A - амплітуда коливань середовища в точці, яка співпадає з центром 

частинки. 

Дамо деякі коментарі по введеним силам. Зокрема, при введенні сили су-

хого тертя передбачається, що модуль сили тертя більше при русі частинки 

вниз, у напрямку віброднища, ніж при русі вгору.  Якщо розглядати віброкип-

лячий шар як рідину, то тиск на частку буде тим більше, чим вона ближче до 

дна ємності. Цим і пояснюється введена вище асиметрія сил сухого тертя.  

Припускаємо також, що повітряний потік і частинки, які знаходяться на-

вколо, здійснюють лише коливання.  В абсолютному русі це не так - інші час-

тинки, крім коливань, здійснюють спрямовані руху. Але ми розглядаємо відно-

сний рух і використання цієї гіпотези цілком виправдано. 

Звернемо увагу, що результат усереднення сили тертя за період коливань 

виявився не нульовим. Більш того, знак цієї сили змінився в порівнянні з тим, 

який передбачався раніше.  Це означає, що за рахунок асиметрії сила сухого 

тертя F+ ≠ F- частка як би виштовхується нагору (рис. 2.2).  Цей висновок вірний 

щодо усередненого (повільного руху).  

Механізм появи підіймальної сили вичерпно пояснений в роботах Блех-

мана.  Суть його полягає в тому, що при асиметрії сил сухого тертя (F+<F-) час-

тка протягом деякого часу за період коливань буде переміщатися щодо середо-

вища вгору, коли діє сила F+. Протягом другого напівперіоду частка або зали-

шається на місці (якщо сила сухого тертя F- в цей час більше переносної сили 

інерції), або пересунеться вниз на меншу відстань, ніж при русі вгору.  У усере-

дненому русі з'являється повільний рух вгору, тобто з'являється виштовхуюча 

сила у вигляді середньої за період коливань сили сухого тертя.  У усередненому 

русі сила тертя як би перетворилася за рахунок її асиметрії з сили опору в ру-

шійну силу.  

Головна особливість цієї сили полягає в тому, що вона представляє в'язко-

квадратичний опір частки в повітряному потоці. Тут так, як і у випадку з сухим 



38 
 
 
тертям, присутня силова асиметрія.  Коли синус позитивний, то максимальний 

аеродинамічний опір складе:  

,                                        (2.18) 

 

Коли синус негативний, то:  

 

.                                        (2.19) 

 

Але в даному випадку існує також тимчасова асиметрія, що призводить 

до зменшення в середньому за період коливань цього виду опору.  

Механізм виникнення джерела такого зменшення пояснює рис. 2.3, де 

представлений суміщений графік швидкості і аеродинамічного опору частинки.  

 
Рисунок 2.3 - Спільний графік швидкості 

і сил аеродинамічного опору частинки 



39 
 
 

Отже, відносна швидкість частинки в шарі дорівнює:  

 

.                                        (2.20) 

Звідси можна зробити висновок, що при X>Aω характер руху частинки є 

пульсуючим, а при X<Aω мають місце ковзання частинки відносно середовища 

вгору і вниз.  Цікавість представляє саме другий тип руху.  

В середньому за період коливань аеродинамічний опір на частку складе:  

 

.                   (2.21) 

 

де T - період коливань;  

P+ - середній опір за проміжок часу руху частки вгору;  

P- - середній опір за проміжок часу руху частки вниз.  

Для знаходження моментів часу t1, t2, t3 зупинки частинки прирівняємо 

вираз (2.20) до нуля і знайдемо його корені:  

 

,                                            (2.22) 

 

 

,                                        (2.23) 

 

 

,                                       (2.24) 

 



40 
 
 

Таким чином, за проміжок часу t+=t2-t1 - аеродинамічний опір частки буде 

направлено вниз, за період t-=t3-t2 - аеродинамічний опір частки буде направ-

лено вгору.  

Тепер у нас є всі дані для підрахунку середнього за період коливань аеро-

динамічного опору частки відповідно до формули (2.21). Бачимо, що ця вели-

чина залежить не тільки від , як у випадку сухого тертя, але і від значень 

X  та Aω окремо. Зауважимо, що співвідношення швидкостей входить в число 

факторів даного процесу через величини t1, t2, t3.  

Очевидно (рис. 2.3), що усереднене за період коливань аеродинамічний 

опір частки буде направлено вниз. Але цей опір істотно менше, ніж звичайний 

аеродинамічний опір, зовсім зникаючи в разі X=0.  

Таким чином, рівняння повільного руху частки в загальному вигляді мо-

жна представити так:  

 

.                                (2.24) 

 

Оскільки величини A і ω відомі, то з цього рівняння в принципі може бути 

визначена єдина невідома величина X - швидкість спливання частки в віброки-

плячому шарі матеріалу.  Ця швидкість встановлюється такою, щоб усереднені 

сили аеродинамічного опору, сухого тертя, а також сила ваги і сила Архімеда 

взаємно компенсували одна одну.  

У зв'язку зі складністю сукупності рівнянь (2.22-2.24) визначення X для 

кожного конкретного випадку може бути проведено будь - яким чисельним спо-

собом, наприклад з використанням програмного продукту MathCAD.  



41 
 
 

Таким чином, ми показали механізм підйому часток вгору по центру ка-

мери змішування. Досягнувши верхньої поверхні змішуваного матеріалу, час-

тка відтісняється до периферії - стінок камери змішування. Оскільки стіни не 

вібрують, то біля них немає руху повітряного потоку, оскільки реалізується ві-

домий в гідродинаміці принцип прилипання. Отже, під стінами частка гальму-

ється, підйомна сила зникає, і частка опускається вниз під дією власної ваги. 

Опускаючись вниз і будучи відтісненою до центру віброднища, частка знову 

починає підніматися по центру камери змішування.  У зв'язку з цим встановлю-

ється безперервна циркуляція частинок, що і призводить до їх перерозподіл в 

об’ємі камери, тобто  перемішування.  

 

2.3 Дослідження характеристик процесу змішування  

 

У просторовому русі в'язкої ізотропної системи, як це має місце в нашому 

випадку, приймається узагальнений закон Ньютона, який встановлює в пер-

шому наближенні лінійну зв'язок між тензором напруги P і тензором швидкос-

тей деформації S [20]. 

 

,                                                         (2.25) 

 

де μ  - динамічний коефіцієнт в'язкості шару (μ=νρ). 

Вираз для механічної енергії, дисипованої в одиниці об’єму шару і в оди-

ницю часу, можна записати у вигляді:  

 

,                                                     (2.26) 

 

або, з урахуванням (2.25)  

 



42 
 
 

.                                                 (2.27) 

 

Для одиниці маси цей показник можна підрахувати за формулою:  

 

.                                                 (2.28) 

 

Квадрат величини тензора S дорівнює сумі квадратів його компонентів 

[21]. 

 

                          (2.29) 

 

Остаточний вираз для дисипованої в одиниці маси і в одиницю часу ене-

ргії (тобто питомої потужності дисипації) матиме вид:  

 

                       (2.30) 

 

Таким чином, потужність дисипації залежить як від властивостей змішу-

ваного матеріалу, що представляються інтегрально коефіцієнтом кінематичної 

в'язкості ν, так і режимних A, ω і геометричних h, D (рис. 2.1) параметрів змі-

шувача.  Саме параметри A, ω, h, D задають певні компоненти і величину дефо-

рмації шару. При цьому потужність пропорційна квадрату цих деформацій.  



43 
 
 

Для реального визначення потужності дисипації в процесі змішування ре-

єстрували потужність, споживану електродвигуном (зрозуміло, за виключен-

ням потужності холостого ходу).  Для підрахунку потужності дисипації вико-

ристовували параметри руху лише по вертикальній координаті x. При цьому за-

стосовувалась модель Лоренца - спрощений аналог рівнянь (2.30).  

Зіставляючи криві потужності електродвигуна, отримані в ході експери-

менту, і потужності дисипації, підраховані чисельним способом, бачимо велику 

схожість між ними (рис. 2.4).  На підставі цих досліджень можна стверджувати, 

що основний внесок в дисипацію енергії дає компонента руху уздовж вертика-

льної осі в напрямку впливу вібрацій.  Збільшення деформації шару будь-якої 

координати призводить до збільшення потужності дисипації.  Але найбільший 

внесок у дисипацію дає рух по координаті x.  Це складний рух включає компо-

ненти циркуляції, вібрації і хаосу.  

 

 
 

Рисунок 2.4  - Зіставлення потужності  

електродвигуна і потужності дисипації 



44 
 
 

Для опису процесу змішування І.Я.  Федоренко була отримана формула, 

в яку входить потужність дисипації N.  Ця формула пов'язує однорідність су-

міші Θ з параметрами процесу змішування і часом t.  

 

 ,                                     (2.31) 

 

де W - модуль змішування, що показує, яка робота відбувається при збі-

льшенні однорідності 1кг суміші на 1%, Дж/кг·%;  

t1 - постійна, що має розмірність часу, і також характеризує фізико-меха-

нічні властивості змішуваного матеріалу;  

t - час змішування, хв.  

Як видно, однорідність суміші і потужність дисипації, пов'язані прямо 

пропорційною залежністю.  Збільшення інтенсивності дії вібрації призводить 

до збільшення потужності дисипації і однорідності суміші.  

Як приклад на рис. 2.5 приведена теоретична крива, побудована відпо-

відно до формули (2.31), точки відповідають експериментальними даними  

Для визначення значень W і t1 в вібраційному змішувачі змішували ком-

поненти комбікорму з насінням ячменю, які служили контрольним компонен-

том.  При проведенні експерименту інтенсивність вібрації і наповнення змішу-

вача були незмінними (ω=180 с-1, а= 9мм, h=350 мм), змінювався лише час змі-

шування, при якому знімалися значення однорідності суміші. Отримавши екс-

периментальні значення однорідності суміші провели їх апроксимацію кривій 

виду (2.31), отримавши при цьому наступну залежність:  

 

.                            (2.31) 



45 
 
 

 
 

Рисунок 2.5  - Крива змішування для вібраційного змішувача  

 

Коефіцієнт кореляції між залежністю (2.31) і експериментальними точ-

ками становить 0,82. Таким чином, з експерименту стало відомо відношення 

N/W= 31,9 %/хв. та t1=2,63 хв.  (додаток В).  Підставляючи сюди розрахункове 

значення N або потужність електродвигуна (в розрахунку на одиницю маси змі-

шуваного матеріалу), можна знайти W - модуль змішування.  

Використовуючи ці дані, можемо визначити:  

- оптимальний час змішування  

 

 хв.; 

 

- максимальну однорідність суміші 

 

 



46 
 
 

- однорідність суміші при необмеженому часі змішування  

 

 
 

Таким чином, максимальна однорідність суміші досягається при оптима-

льному часі змішування.  

При подальшому збільшенні часу змішування однорідність знижується, 

оскільки процеси поділу суміші починають домінувати над процесами змішу-

вання. При цьому без користі витрачається енергія електродвигуна.  

 

2.4 Висновки до розділу  

 

1. Встановлено, що циркуляційний рух матеріалу в камері змішування (пі-

дйом по центру камери, опускання під стінами) виникає від асиметрії сил су-

хого тертя, що діють на кожну частку віброкиплячого шару.  При цьому аеро-

динамічний опір частки в осцилюючому потоці повітря, генерованому вібро-

днищем, менше, ніж в нерухомому повітрі.  

2. Встановлено зв'язок якісних показників процесу змішування з дисипа-

тивним розсіюванням енергії у віброкиплячому шарі.  Констатовано, що у віб-

рокиплячому шарі спостерігається просторовий рух складових елементів, але 

найбільший внесок у дисипацію (розсіювання) енергії дає вертикальна складова 

руху шару корму, що задається віброднищем. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 



47 
 
 

3 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ  

ПРОЦЕСУ ЗМІШУВАННЯ 

 

3.1 Мета і програма експериментальних досліджень 

 

Метою експериментальних досліджень є підтвердження теоретичних по-

ложень, обґрунтування конструктивних параметрів установки для змішування 

комбікормів і виявлення загальних закономірностей процесу змішування. Для 

того щоб забезпечити методичність проведення експериментальних робіт, не-

обхідно дотримуватися послідовність в роботі, тобто мати програму експери-

ментальних досліджень.  

Програма експериментальних досліджень складається з наступних етапів:  

- розробка програм і методик, що забезпечують проведення експеримен-

тальних досліджень з мінімальними витратами часу;   

- вибір незалежних і залежних змінних, що підлягають дослідженню, ви-

бір якісних і кількісних рівнів, досліджуваних факторів; 

- підготовка експериментальної установки і вимірювальної апаратури, 

проведення експериментів і математична обробка отриманих даних.   

Дані етапи знаходяться в нерозривному зв'язку з теоретичною частиною 

роботи. Програмою експериментальних досліджень передбачається вирішити 

такі задачі:  

- дослідити вплив конструктивних і кінематичних параметрів процесу на 

якість змішування;  

- визначити оптимальні параметри і режими роботи установки. 

 
3.2 Методика експериментальних досліджень 

 

Дослідження проводилися в лабораторії кафедри інжинірингу технічних 

систем Дніпровського державного аграрно-економічного університету на базі 

розробленої експериментальної установки вібраційного змішувача комбікормів 



48 
 
 
за стандартними та розробленими методиками на спеціально виготовленій уста-

новці (рис. 3.1). 

 

 

 

Рисунок 3.1 – Експериментальний вібраційний змі-

шувач (а) та ексцентрик зі змінним ексцентриситетом 

(б): 1 – бункер змішувача; 2 – віброднище; 3 – ексце-

нтрик; 4 – частотний регулятор Mitsubishi S 500; 5 - 

електродвигун АІР 56 А2; 6 -  ПЕОМ 

 

Модель експериментального вібраційного змішувача виконана виходячи 

з визначених в розділі 2 параметрів. Вібропривід змішувача представляв собою 

кривошипно-шатунний механізм з можливістю зміни ексцентриситету. Привід 

здійснювали від електродвигуна АІР 56 А2, потужністю 0,13 кВт, який керува-

вся частотним перетворювачем Mitsubishi S 500. Потужність на привід зніма-

лася в режимі реального часу за допомогою ПЕОМ, до якої був під’єднаний 



49 
 
 
частотний перетворювач. Характеристики експериментального змішувача на-

ведено в табл. 3.1. 

 

Таблиця 3.1 - Характеристики експериментального вібраційного змішувача 

 

Показник Частота віб-
рації днища f, 

Гц 

Амплітуда 
коливань 

днища А, мм 

Об’єм бун-
кера змішу-
вача V, м3 

Потужність 
на привід N, 

кВт 
Значення 6…18 2…8 0,006 0,12 

 

Проби для визначення контрольного компоненту у суміші відбиралися по 

закінченню циклу змішування. В якості основного компонента використовува-

лася подрібнена пшениця, модуль помелу складав 1,2 мм. В якості контроль-

ного компонента, згідно ОСТ 70.19.2-83, використовували насіння ячменю, що 

вводяться в комбікорм в кількості 5 %.  

Математична обробка результатів проводилася з використанням комп'ю-

терних програм Statistica 6.0 та Microsoft Excel на ПЕОМ. При визначенні адек-

ватності моделі (по множинному коефіцієнту кореляції та F-тесту) використо-

вували дані статистичної обробки і програму Microsoft Excel. При визначенні 

оптимальних значень факторів використовували програму Statistica 6.0. 

Дослідження з визначення залежностей впливу конструктивно-технологі-

чних параметрів вібраційного змішувача на ефективність процесу змішування 

проводились із застосуванням методу математичного планування багатофакто-

рного експерименту, який дозволяє визначити математичні моделі процесів у 

вигляді рівнянь регресії (полінома) другого порядку [44]: 

, (3.1) 

де , , ,  – коефіцієнти регресії; 

   ,  – незалежні змінні фактори. 

∑∑∑
===

+++=
k

1k

2
ііі

k

1k
jiіj

k

1k
ііо xaxxaxaaу

оa іa іja ііa

іx jx



50 
 
 

Рівняння регресії другого порядку визначаються у кодованому вигляді. 

Кодування факторів здійснюється за формулою 

, (3.2) 

 

Факторами експерименту були обрані частота вібрації днища f, Гц (х1), 

амплітуда коливань днища А, мм (х2) і час змішування t, с (х3).  

Частоту вібрації днища змінювали шляхом зміни частоти обертання еле-

ктродвигуна приводу за допомогою частотного регулятора; зміну амплітуди ко-

ливань здійснювали шляхом встановлення різних ексцентриків. 

 Критеріями оптимізації є питома енергоємність процесу змішування q, 

Вт⋅год/кг та його однорідність Θ, %. 

Для визначення оптимальних конструктивно-технологічних параметрів 

використовувався критерій оптимізації: питома енергоємність роботи змішу-

вача q, який розраховувався за формулою: 

, (3.3) 

де N – потужність приводу змішувача, Вт; 

     Q  - продуктивність змішувача, кг/год. 

Дослідження проводились за D-оптимальним планом Бокса-Бенкіна дру-

гого порядку для 3 факторів. Матриця плану, фактори експерименту та їх рівні 

представлено в таблиці 3.2. Рівні варіацій факторів були обрані з теоретичних 

досліджень конструктивно-технологічних параметрів змішувача (розділ 2).  

Таблиця 3.2 – Матриця плану експерименту та рівні варіацій факторами 

Рівні варіацій факторів, 
матриця досліду 

Фактори 
х1 (f, Гц) х2 (А, мм) х3 (t, с) 

 

Верхній рівень (+) 18 14 300 
Основний рівень (0) 12 10 240 

ε
−

= oii
i

AAX

Q
Nq =



51 
 
 

Нижній рівень (-) 6 6 180 
Інтервал варіацій факторів 6 4 60 

План досліду 
1 -1 -1 -1 
2 -1 0 1 
3 -1 1 0 
4 0 -1 1 
5 0 0 0 
6 0 1 -1 
7 1 -1 0 
8 1 0 -1 
9 1 1 1 

 

Відношення максимальної дисперсії до суми усіх дисперсій: 

 

, (3.4) 

 

де     – найбільша порядкова дисперсія; 

 
 – сума порядкових дисперсій. 

Дисперсія обчислюється по формулі: 

, (3.5) 

Похибки результатів вимірювань обчислюються за критерієм Стьюдента: 

 

, (3.6) 

де t – коефіцієнт Стьюдента для довірчої вірогідності р (ГОСТ 8.207-76 [45]); 

 – середньоквадратичне відхилення результатів вимірювань. 

∑
=

σ

σ
= N

1i

2
i

2
i

p

maxG

max2
iσ

∑
=

σ
N

1i

2
i

1m

)УУ(
m

1i
ui

2
i

u

−

−
=σ

∑
=

ixt σ⋅=τ

ixσ



52 
 
 

Більш суворі помилки вимірювань визначається з наступного виразу: 

, (3.7) 

де   – сумнівне значення показника; 

 – середньоарифметичне значення вимірюваного показника; 

 – середньоквадратичне відхилення результату вимірювань. 

Коефіцієнт варіації визначається за формулою: 

V = (σi / Xcр)·100%. (3.8) 

Середньоквадратичне відхилення дорівнює: 

. (3.9) 

Середньоарифметичне значення вимірюваної величини: 

Хср = (Σ Хі) / m, (3.10) 

де  Хі – значення вимірюваної величини; 

m – кількість вимірювань у досліді. 

Абсолютна похибка середнього арифметичного значення відхилення ви-

значається за формулою: 

∆ = ±3 σі . (3.11) 

Похибка досліду розраховується за виразом: 

П = ±3 σі / Хср
.100%. (3.12) 

 

Адекватність моделі перевіряється за допомогою критерію Фішера. 

txx

i

1n ≥
σ

−+

1nх +

x

iσ

5,0m

1i

2
срii )1m/()XX( 



 −



 −=σ ∑

=



53 
 
 

, (3.13) 

де  – дисперсія неадекватності математичної моделі; 

 – дисперсія помилки досліду. 

Для адекватності моделі повинна виконуватись умова Fp ≤ Fтабл.  

Величина довірчого інтервалу ∆ві визначається за формулою: 

± ∆ві = ± t  Sві, (3.14) 

де  Sві – квадратична похибка коефіцієнта регресії; 

t – табличне значення t-критерію при числі ступенів свободи для Sу
2. 

, (3.15) 

де   – кількість дослідів. 

 

Фізичне значення коефіцієнта Віj полягає в кількісній зміні параметру оп-

тимізації при зміні фактора на величину одного інтервалу варіювання (при за-

кодованих факторах) або на одиницю вимірювання фактора (при розкодованих 

значеннях). Знак  плюс або мінус перед Ві показує на збільшення або зменшення 

критеріїв оптимізації. Коефіцієнт Во має приблизно середнє значення критерію 

оптимізації. 

 

3.3 Результати експериментальних досліджень 

 

За результатами досліджень було отримано математичну модель впливу 

досліджуваних факторів на однорідність змішування. Отримана математична 

модель мала вигляд: 

 

2
у

2
LF

p S
SF =

2
LFS

2
уS

N
SS у

2

ві =

N



54 
 
 

2 2
1 1 1 2 2 3

2
3 1 2 1 3 2 3

y 90,77+8,00x 2,33x 2,015x 3,356x +0,001x
+0,667x 3,333x x 0,43x x 3,12x x

= + + + +

− − +
                   (3.17) 

 

За розрахованими значеннями коефіцієнтів кореляції та критерію 

Стьюдента значущими на рівні довірчої ймовірності більше 95 % є коефіцієнти 

при таких членах рівняння: х1, х2, х1
2, х2

2, х3
2, х1х2.  

На основі цього рівняння регресії (3.17) прийме вигляд: 

        2 2 2
1 1 1 2 2 3 1 2y 90,77+3,12x 2,33x 2,015x 3,356x +0,667x 3,333x x= + + − −  (3.18) 

 

У розкодованому вигляді модель (3.18) має вигляд: 

 
2 2 235,3 2,916 0,064 5,25 0,208 0,0002 0,0694 ,f f A A t fAΘ = + − + − − −       (3.19) 

 

 де Θ – однорідність змішування, %; 

 f  - частота вібрації днища, Гц; 

 А - амплітуда коливань днища, мм; 

 t – час змішування, с. 

Графічну інтерпретацію попарних взаємодій досліджуваних факторів на 

однорідність змішування при фіксованих оптимальних значеннях представлено 

на рис. 3.2 – 3.4. 

Залежність, представлена на рис. 3.2, а свідчить про те, що зі збільшенням час-

тоти вібрації днища однорідність змішування збільшується в усьому діапазоні 

значень амплітуди вібрацій. Щодо останньої, то її оптимальне значення 10,4 мм.  

При цьому максимального значення 95,8 % однорідність набуває у діапазоні 

значень частоти 16…17,2 Гц. 

Вплив часу змішування на однорідність повторює теоретичну залежність, 

оптимальний діапазон значень 245…262 с (рис. 3.2, б та в). Зважаючи на те, що 



55 
 
 
час змішування характеризує інтенсивність процесу змішування, можна ствер-

джувати, що отримані результати цілком відповідають існуючій теорії змішу-

вання сипких кормів, коли по досягненню максимуму однорідності відбува-

ється розшарування компонентів суміші, а, отже, зменшення її однорідності. 

 

 
Рисунок 3.2 – Залежність однорідності змішування від 

частоти вібрації та амплітуди коливань днища 

 
Рисунок 3.3 – Залежність однорідності змішування від  



56 
 
 

частоти вібрації та часу змішування 

 
Рисунок 3.4 –Залежність однорідності змішування від амплітуди 

коливань днища та часу змішування 

  

З приведених залежностей можна встановити раціональні конструкційно-

технологічні параметри змішувача: амплітуда коливань днища А= 10…11 мм; 

частота вібрації днища f =16…17 Гц; час змішування t=240…260 с. 

За результатами досліджень було отримано математичну модель впливу 

досліджуваних факторів на однорідність змішування. Отримана математична 

модель мала вигляд: 

 
2 2

2 1 2 1 2 1 23, 2 0,4 0,3 0,3 0,1 0,5у х х х х х х= + − − + − ,                      (3.20) 

 

Декодуючи рівняння (4.20), одержимо його в натуральному виді:  

 
2 218,14 0,055 0,18 0,00003 0,0009 0,0003q n n nα α= − + + − + − . (3.21) 



57 
 
 

На рис. 3.5 представлено графічну інтерпретацію залежності зміни пито-

мої витрати електроенергії від зміни основних факторів: частоти вібрації та ам-

плітуди коливань днища. З графіку видно, що мінімальних значень питома енер-

гоємність процесу досягає при частоті вібрації f =12…14 Гц та амплітуді 

А=10…11 мм. 

 
Рисунок 3.5 - Залежність питомої енергоємності змішування від  

частоти вібрації та амплітуди коливань днища 

 

 Зважаючи, що визначальними будуть все таки показники якості змішу-

вання, приймаємо до використання співвідношення факторів, при якому спо-

стерігається максимальна однорідність змішування 95,8 %, при цьому питома 

енергоємність процесу – 0,52…0,55 кВт⋅год/т. 

 

 3.4 Висновки до розділу 

  

Враховуючи дослідження енергоємності процесу та зважаючи на те, що 

якість змішування буде визначальним показником, можна стверджувати, що оп-

тимальними конструкційними параметрами будуть амплітуда коливань днища 



58 
 
 
А= 10…11 мм; частота вібрації днища f =16…17 Гц; час змішування t=240…260 

с.. При цьому питома енергоємність процесу складе 0,52…0,55 кВт∙год/т, що є 

досить низьким показником для змішувачів сипких кормів. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 



59 
 
 

4  ОХОРОНА ПРАЦІ  
 
4.1 Охорона праці при роботі зі змішувачем сипких кормів 

 

За результатами обстеження експериментального зразка розробленого змішу-

вача кормів було виявлені вузли, які потребують певної уваги з точки зору безпеки 

праці оператора (рисунок 4.1): 1 – рама; 2 – ексцентрик; 3 – робоча камера; 4 – пружна 

вставка; 5 – блок керування з частотним регулятором; 6 – електрокабель; 7 – електро-

двигун; 8 – заземлення. 

 

 
 

Рисунок 4.1 - Вузли, які потребують певної уваги з точки зору безпеки праці 

оператора: 1 – рама; 2 – ексцентрик; 3 – робоча камера; 4 – пружна вставка; 5 – блок 

керування з частотним регулятором; 6 – електрокабель; 7 – електродвигун; 8 – зазем-

лення 



60 
 
 

До небезпечних виробничих факторів, які можуть виникнути при роботі із роз-

робленим змішувачем, слід віднести:  електричний струм;  рухомі деталі;  підвищений 

шум, вібрація. 

 

4.2 Розробка проекту інструкції з охорони праці  

при роботі зі змішувачем комбікорму 

 

Ознайомлення з обладнанням. Перед початком роботи працівники по-

винні бути ознайомлені зі структурою та принципом роботи змішувача комбі-

корму. Отримайте відповідне навчання та інструкції від кваліфікованих спеціа-

лістів. 

Особистий захист. Користуйтеся засобами індивідуального захисту, та-

кими як рукавиці, захисні окуляри, фартухи та відповідний одяг. Захист від 

пилу та інших шкідливих речовин є обов'язковим. 

Перевірка обладнання перед роботою. Перед кожним включенням змішу-

вача переконайтеся, що всі частини обладнання у відмінному стані. Регулярно 

проводьте технічний огляд та обслуговування. 

Завантаження і вивантаження з обережністю. Завантажуючи або виванта-

жуючи комбікорм, слід дотримуватися правил безпеки і уникати контакту з ру-

хомими частинами. Використовуйте відповідні інструменти та устаткування. 

Уникання перешкод. Переконайтеся, що навколишній простір вільний від 

перешкод та персоналу. Уникайте роботи зі змішувачем у тісних приміщеннях 

без належної вентиляції. 

Використання засобів безпеки від отруйних речовин. Якщо використову-

ються отруйні або небезпечні компоненти комбікорму, дотримуйтеся вимог 

щодо безпеки використання цих речовин та використовуйте відповідні засоби 

захисту. 

Екстрені вимкнення та навчання. Працівники повинні бути навчені вико-

ристовувати екстрені вимикачі та інші заходи безпеки у випадках аварій чи не-

передбачених ситуацій. 



61 
 
 

Вентиляція. Робіть робоче місце з достатньою вентиляцією, особливо, 

якщо використовується пилопоглинальна добавка. 

Перерви та відпочинок. Забезпечте перерви та можливість відпочинку для 

працівників для запобігання втомі та стресу. 

Евакуаційні шляхи та засоби евакуації. Визначте евакуаційні шляхи та мі-

сця збору для використання в екстрених ситуаціях. Перевірте доступність засо-

бів евакуації. 

Ця інструкція повинна бути адаптована до конкретних умов та облад-

нання на вашій фермі. Завжди слід дотримуватися стандартів безпеки та вимог 

охорони праці, а також звертатися за консультацією до фахівців з безпеки. 

Зі схеми, приведеної на рис. 4.1 зрозуміло, що основна небезпека це враження 

електричним струмом при пошкодженні електроізоляції двигуна, тому нами розроб-

лено схему облаштування захисного заземлення (рис. 4.2). 

 

 
Рисунок 4.2 – Схема контурного захисного заземлення змішувача: 

1– вертикальний заземлювач;  2 – горизонтальна смуга; 

3 - блок керування; 4 – змішувач 



62 
 
 

4.3 Порядок дій у надзвичайних ситуаціях 

 

Порядок дій у надзвичайній ситуації техногенного характеру, а саме при 

пожежі на тваринницькій фермі: 

 

- негайно викликайте місцеву пожежну службу, надавши точну адресу та 

опис події. 

- вмикаєте систему сигналізації пожежі, яка сповіщає працівників та сусі-

дніх господарів про небезпеку. 

- почніть евакуацію всього персоналу з безпечного вихідного шляху. ви-

користовуйте сходи та двері, уникайте лишень та інших небезпечних зон. 

- якщо це безпечно і можливо, вивільніть тварини із приміщень, щоб вони 

могли уникнути небезпеки. 

- використовуйте доступні засоби для боротьби з пожежею, такі як вогне-

гасники. спрямовуйте струмінь вогнегасника на джерело вогню, утримуючись 

на безпечній відстані. 

- крім пожежної служби, телефонуйте іншим екстреним службам, таким 

як швидка допомога та поліція, якщо це необхідно. 

- якщо можливо, закрийте двері та вікна, щоб уникнути поширення диму. 

забезпечте належну вентиляцію для полегшення виходу диму. 

- у випадку пожежі не використовуйте ліфти для евакуації. використо-

вуйте лише сходи. 

- віддаліться від будівель та областей, де може відбутися руйнування або 

падіння конструкцій. 

- надайте першу допомогу постраждалим, якщо це безпечно і ви навчені 

таким діям. 

- зберігайте важливі документи (плани будівель, документацію щодо тва-

рин і т. д.) в безпечному місці. 

- після евакуації залишайтеся на безпечному відстані від спалаху та че-

кайте прибуття рятувальних служб. 



63 
 
 

Наголошуйте важливість попередження та навчання персоналу щодо ева-

куаційних процедур та заходів безпеки. Призначте відповідальних осіб для ке-

рування евакуацією та збором персоналу на безпечних місцях. 

 

4.4 Висновки до розділу 

 

Базуючись на нормативній документації та згідно вимог охорони праці 

нами проведено обстеження розробленого змішувача сипких кормів, встанов-

лена дія небезпечних та шкідливих факторів оператора. Для їх уникнення за-

пропоновано відповідні заходи. Для розробленого змішувача сипких кормів 

проведено розрахунок захисного заземлення. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



64 
 
 

5 ЕКОНОМІЧНА ОЦІНКА РОЗРОБЛЕНОГО ЗМІШУВАЧА  

 

5.1 Вихідні дані 

 

У даному розділі визначимо економічну ефективність застосування роз-

робленого змішувача сипких кормів у складі установки ЗК-2.  

 

Таблиця 5.1 – Вихідні дані до розрахунку техніко економічних показників 

 

Показник 

Варіанти 

ЗК-2 
розроблений 

змішувач 

Продуктивність, т/год. 2,0 2,2 

Встановлена потужність, кВт 2,8 2,2 

Обслуговуючий персонал, люд. 1 1 

Строк служби, років 10 10 

Коефіцієнт амортизаційних відрахувань 0,10 0,10 

Коефіцієнт відрахувань на ТО та ремонт 0,14 0,14 

Балансова вартість, грн. 65200 - 

Капітальні вкладення, грн. - 54500 

 

Переваги експериментального змішувача перед серійним: зменшення ви-

трат на оплату праці за рахунок збільшення продуктивності; економія електро-

енергії за рахунок зниження питомої енергоємності процесу змішування. 

 

5.2 Розрахунок показників економічної ефективності 

 

Порівнювати сепаратори (базовий та удосконалений) будемо за пито-

мими експлуатаційними витратами, які включають до свого складу витрати на 



65 
 
 
заробітну платню, витрати на енергоресурси, амортизаційні відрахування та ви-

трати на ремонт і технічне обслуговування. Розрахунок даних показників вико-

наємо за методиками та рекомендаціями, приведеними в [3, 49]. 

 

Таблиця 5.2 - Показники економічної ефективності  

розробленого змішувача 

Показники 

Варіанти Проектований у 

% до базового ЗК-2 

(базовий) 

розроблений 

 змішувач 

1 2 3 4 

Продуктивність, т/год. 2 2,2 110,0 
Встановлена потужність, кВт 2,8 2,2 78,6 
Обслуговуючий персонал, люд. 1 1 100,0 
Балансова вартість, грн. 65200 - - 
Капітальні вкладення, грн. - 54500 - 
Питомі річні експлуатаційні ви-

трати, грн./т 
61,84 54,22 87,7 

    в т.ч.: заробітна платня  42,13 38,18 90,6 
               витрати на електроенергію 3,64 2,60 71,4 
               амортизаційні відрахування 8,93 7,47 83,6 
               витрати на ТО та ремонт 7,15 5,97 83,6 
Максимальне річне навантаження, т - 5780 - 

Економія питомих експлуатаційних  

витрат, грн./т 
- 7,62 - 



66 
 
 

Продовження таблиці 5.2 

1 2 3 4 

Економія експлуатаційних витрат, грн. - 44052,5 - 

Строк окупності капітальних вкла-

день, років 
- 1,2 - 

 

 5.4 Висновки до розділу 

 

Техніко-економічна оцінка експериментального змішувача показала, що 

в порівнянні з базовим ЗК-2 він має переваги за експлуатаційними витратами, 

переважно за рахунок зменшення енергоємності та підвищення продуктивності. 

При цьому строк окупності при впровадженні при завантаженні на 100 % складе 

1,2 роки.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 



67 
 
 

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 

 

1. Встановлено, що застосовувані в даний час змішувачі не відповідають 

повною мірою пропонованим до них вимогам, у зв'язку з чим виникає необхід-

ність подальшого вдосконалення в частині зниження їх енергоємності, динамі-

чної напруженості і шуму в роботі.  

2. Теоретично визначено, що циркуляційний рух матеріалу в камері змі-

шування (підйом по центру камери, опускання під стінами) виникає від асиме-

трії сил сухого тертя, що діють на кожну частку віброкиплячого шару.  При 

цьому аеродинамічний опір частки в осцилюючому потоці повітря, генерова-

ному віброднищем, менше, ніж в нерухомому повітрі.  

3. Враховуючи дослідження енергоємності процесу та зважаючи на те, що 

якість змішування буде визначальним показником, можна стверджувати, що оп-

тимальними конструкційними параметрами будуть амплітуда коливань днища 

А= 10…11 мм; частота вібрації днища f =16…17 Гц; час змішування t=240…260 

с.. При цьому питома енергоємність процесу складе 0,52…0,55 кВт∙год/т, що є 

досить низьким показником для змішувачів сипких кормів. 

4. Базуючись на нормативній документації та згідно вимог охорони праці 

нами проведено обстеження розробленого змішувача сипких кормів, встанов-

лена дія небезпечних та шкідливих факторів оператора. Для їх уникнення за-

пропоновано відповідні заходи. Для розробленого змішувача сипких кормів 

проведено розрахунок захисного заземлення. 

5. Техніко-економічна оцінка експериментального змішувача показала, 

що в порівнянні з базовим ЗК-2 він має переваги за експлуатаційними витра-

тами, переважно за рахунок зменшення енергоємності та підвищення продук-

тивності. При цьому строк окупності при впровадженні при завантаженні на 

100% складе 1,2 роки.  
 
 
 



68 
 
 

Бібліографія 
 

1. Єгоров, Б.В. Технологія виробництва комбікормів [Текст]: підруч. для 

вищ. навч. закладів/Б.В. Єгоров.–Одеса.: Друкарський дім, 2011.– 448 с. 

2. Дудін В.Ю. Технологія виробництва і переробки продукції свинарства: 

навчальний посібник / М. Повод, О. Бондарська, В. Лихач, С. Жижка, В. Нечмі-

лов та ін. – Київ : Науково-методичний центр ВФПО, 2021. – 360 с. 

3. Романюха І.О., Дудін В.Ю. Курсове і дипломне проектування тварин-

ницьких підприємств: навч. посібн. [для студ. вищ. навч. закл.] /І.О. Романюха, 

В.Ю. Дудін; за ред. І. Романюхи. – 2-ге вид., перероб. і доп. – Дніпропетровськ: 

Нова ідеологія, 2014. – 418 с. 

4. Повод М.Г, Дудін, В.Ю., Шпетний М.Б. Розробка основних засад щодо 

обґрунтованого визначення розмірів санітарно-захисних зон свиноферм: моно-

графія, Суми, «Сумський національний аграрний університет» 2019. – 96 с., 

ISBN 978-617-593-059-5 

5. Дудін В.Ю. Експериментальні дослідження малогабаритного подріб-

нювача соковитих кормів/ В.Ю. Дудін, О.С. Гаврильченко, П.С. Височин // 

Materials of the XIII International scientific and practical Conference Science and 

civilization – 2018, Volume 12, January 30 - February 7, 2018.: Sheffield. Science 

and education LTD – 41-45 p 

6. Дудін В.Ю.  Формування якості годівлі повнораціонними комбікор-

мами / В.Ю. Дудін, О.С. Гаврильченко, Ю.І. Мудрак, П.І. Черниш //Materiály 

XIV Mezinárodní vĕdecko - praktická konference «Moderní vymoženosti vědy - 

2018», Volume 8 : Praha. Publishing House «Education and Science» - S. 48-53. 

7. Дудін В.Ю. Дослідження енергетичних характеристик процесу змішу-

вання сипких кормів/ В.Ю. Дудін, Я.О. Муха, О.Ю. Лук’яненко // Materials of 

the XIII International scientific and practical ConferenceConduct of modern science 

- 2018 , November 30 - December 7, 2018. Construction and architecture. 

Agriculture. Modern information technology.: Sheffield. Science and education LTD 

– 41-45 p. 



69 
 
 

8. Дудін В.Ю. Дослідження процесу різання коренеплодів / В.Ю. Дудін, 

І.А. Бородавка//Materialy XV Miedzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji, 

«Strategiczne pytania światowej nauki - 2019» , Volume 10 Przemyśl: Nauka i 

studia– 36-39 s. 

9. Дудін В.Ю. Дослідження подрібнювача фуражного зерна сколюючої 

дії / В.Ю. Дудін, О.М. Антіпов // Materialy XV Miedzynarodowej naukowi-

praktycznej konferencji, «Strategiczne pytania światowej nauki - 2019» , Volume 10 

Przemyśl: Nauka i studia -33-35 s. 

10. Suhadi, W. Die Schecke als Arbeitsorgan in verarbeitungs - 

maschinen. / W.Suhadi. //-Maschinenbautemechanik –№5, 1967, – P. 41-56. (англ) 

11. Oyama J., Ayaki K. Kagaki Kikai, 1956, №20, – P. 6.  

12. Lacey. P.M. Development in the Thery of Particfl mixing. J. Appl. 

Chem. 1954, №4, – P. 257 

13. Duschek K. Optimierung der Produktion in einem bolivianischen 

Ziegelwerk / Ziegelindustrie International. Wiesbaden: Dauerlag 

14. http://mehzavod.com.ua/Materials/%D0%91%D1%83%D0%BA%D0%B

B%D0%B5%D1%82_%D0%9C%D0%9A%D0%A3.pdf 

15. https://downloads.skiold.dk/downloads/leaflets/engelsk/disc-mill_gb.pdf 

16. https://downloads.skiold.dk/downloads/feed/psheet/130986003949.pdf 

17. https://agrostory.com/ua/info-centre/agronomists/mobilnyy-

kombikormovyy-zavod-i-perspektivy-ego-ispolzovaniya-/ 

18. https://propozitsiya.com/ua/kombikorm-na-kolesah 

19. https://riela.com.ua/peresuvna-ustanovka-kombikormiv/ 

20. Magnus, K. Schwingungen: Eine Einführung in die physikalischen 

Grundlagen und die theoretische Behandlung von Schwingungsproblemen [Text] / 

Kurt Magnus. - Wiesbaden: Vieweg+Teubner Verlag / GWV Fachverlage GmbH, 

2008. – 74p. 

21.  Parkinson, A.G. Vibration and balancing of rotating continuous shafts 

[Text]/A.G. Parkinson, R.E.B. Bishop // Proc. IMechE, Part C: J. Mechanical 

Engineering Science. − 1961. − No.3. − P. 200-213. 

http://mehzavod.com.ua/Materials/%D0%91%D1%83%D0%BA%D0%BB%D0%B5%D1%82_%D0%9C%D0%9A%D0%A3.pdf
http://mehzavod.com.ua/Materials/%D0%91%D1%83%D0%BA%D0%BB%D0%B5%D1%82_%D0%9C%D0%9A%D0%A3.pdf
https://downloads.skiold.dk/downloads/leaflets/engelsk/disc-mill_gb.pdf
https://downloads.skiold.dk/downloads/feed/psheet/130986003949.pdf
https://agrostory.com/ua/info-centre/agronomists/mobilnyy-kombikormovyy-zavod-i-perspektivy-ego-ispolzovaniya-/
https://agrostory.com/ua/info-centre/agronomists/mobilnyy-kombikormovyy-zavod-i-perspektivy-ego-ispolzovaniya-/
https://riela.com.ua/peresuvna-ustanovka-kombikormiv/


70 
 
 

22.  Баранецька О.Р. Вібраційне змішування сумішей сипучих матеріалів 

[Текст] / О.Р. Баранецька // Машинознавство. – 2000. – № 3 (33). – С. 60–63.  

23.  Афтаназів, І.С. Вибір технології і обладнання для змішування сумі-

шей сипучих матеріалів [Текст] / І.С.Афтаназів, О.Р.Баранецька, О.М. Сімчук// 

Машинознавство. – 1999. – № 5 (23). – С. 55–62.  

24.  Берник, М.П. Віброімпульсний привод нового вібраційного змішу-

вача [Текст] / М.П. Берник, О.В. Цуркан, Л.Д. Величко // Вибрации в технике и 

технологиях. – 2001. – № 2(18). – С. 3–7.  

25. Sarang O. Effects of powder cohesion and segregation on pharmaceutical 

mixing and granulation: dissertation doctor of philosophy: 05.2003/ O.Sarang // USA: 

New Jersey. – 2016. – P.1-8 (140). 

26. Берник М.П., Цуркан О.В. Обгрунтування технологічних та констру-

ктивних схем енергозберігаючих віброзмішувачів барабанного типу // Вибра-

ции в технике и технологиях. – 2001. – №1 (17). – С. 34–37. 

27. Цуркан О.В., Величко Л.Д. Віброімпульсний привод нового вібрацій-

ного змішувача // Вибрации в технике и технологиях. – 2001. – №2 (18). – С. 3–

7. 

28. Берник П.С., Берник М.П., Цуркан О.В. Енергозберігаючі змішувачі 

для приготування сипучих кормів // Техніка АПК. – 2003. – №8. – С. 16–18. 

29.   Регресійний аналіз [Електронний ресурс]. – Режим доступу: 

http://libfree.com/114811945_ekonomikaregresiyniy_analiz.html- Назва з екрану. 

30. Рогатинський Р.М. Механіко-технологічні основи взаємодії шнекових 

робочих органів з сировиною сільськогосподарського виробництва: Дис.- .докт. 

техн. наук: 05.20.01. - К., 1997.- 425 с.  

31. Гевко І.Б., Гурик О.Я. Дослідження конструкторсько-технологічних 

параметрів зони перевантаження гвинтових транспортно-технологічних сис-

тем. Збірник наукових праць Національного аграрного університету "Механіза-

ція сільськогосподарського виробництва". - Том VII. - К.: Видавництво НАУ. - 

2000. - с. 184-190.  



71 
 
 

32. Григор'єв А.М., Преображенський П.А. Комплексна механізація і ав-

томатизація вантажорозвантажувальних і транспортних робіт в машинобуду-

ванні і приладобудуванні. К.: Наукова думка, - 1967. - 116 с.  

33. Радик Д.Л., Гурик О.Я. Дослідження енерговитрат шнекового змішу-

вача. - Тернопіль: Вісник ТДТУ, 2001, Том. 6, №3 - С56-61.  

34. Оришка Х.О., Гончаров В., Кравцова Г., Артюхов А.. Процес взаємодії 

з сипкими матеріалами у постачальному пристрої гравітаційно- роторного типу. 

Вісник ТДТУ, Т.6., №4., 2001. С. 88-95.  

35. Хайліс Г.А., Коновалюк Д.М. Основи проектування і дослідження 

сільськогосподарських машин. Навч. посібник. -К.: НМК ВО, 1992. - 320 с. 

36. Стадник І.Я. Науково-технічні основи дискретної дії на компоненти 

при перемішуванні : монографія / І.Я. Стадник. – Тернопіль : ТНТУ ім. Івана 

Пулюя, 2015. – 240 с. 

37. Strenk F. Mieszanieimieszalniki (Mixing and mixingequipment) / F.Strenk. 

– Warszawa : Wydawnictwa NaukowoTechniczne, 1971. – 367 р. 

38. Стадник І.Я. Науково-технічні основи процесів та розробка облад-

нання для безлопатевого замішування тіста : дис ... д.т.н. : 05.18.12 / І.Я. Стад-

ник. – Київ. – 2013. – 487 с.  

39. Researching of the concentration distribution of soluble layers when mixed 

in the weight condition / I.Stadnyk, J.Pankiv, Р.Havrylko, H.Karpyk // Potravinarstvo 

Slovak Journal of Food Sciences. – 2019. – Vol. 13. – № 1. – P. 581–592. DOI: 

10.5219/1129. 5 

40. Корнієнко Я.М. Процеси переносу в дисперсних системах : навч. по-

сіб. / Я.М. Корнієнко, Р.В. Сачок. – Київ, 2011. – 132 с. 10. Расслоение в псев-

доожиженом слое [Электронный ресурс]. – Режим доступа : 

https://repetitora.com/rassloeniev-psevdoozhizhenom-sloe.  

41. Drobot V.I. Technological calculations in baking production / V.I. Drobot. 

– Condor, 2010. – 440 p.  

42. Закон України «Про охорону праці» 

https://repetitora.com/rassloeniev-psevdoozhizhenom-sloe


72 
 
 

43.  НПАОП 0.00-4.21-04. «Типове положення про службу охорони 

праці» 

44. ДСТУ 2293-99 «Охорона праці. Терміни та визначення основних по-

нять» 

45. НПАОП 0.00-6.03-93 «Порядок опрацювання і затвердження робото-

давцем нормативних актів з охорони праці, що діють на підприємстві» 

46. Положення «Про порядок забезпечення працівників спеціальним одя-

гом, спеціальним взуттям та іншими засобами індивідуального захисту» (Наказ 

Держгірпромнагляду від 24.03.2008 року № 53). 

47. ДСТУ 4397: 2005. Сільськогосподарська техніка. Методи економіч-

ного оцінювання техніки на етапі випробування. – К.: Держспоживстандарт Ук-

раїни, 2005. – 15 с. 


	Пояснювальна   записка
	ДНІПРОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ
	АГРАРНО-ЕКОНОМІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
	Освітній ступінь: «Магістр»
	Спеціальність: 208 «Агроінженерія»
	КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН

	5.4 Висновки до розділу