Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ состояния эффективности функционирования линии смешивания комбинированных кормов на птицефабриках 7
1.1 Сущность процесса смешивания сыпучих комбинированных кормов и их значение для птицы 7
1.2 Качество смешивания кормов и его оценка 12
1.3 Основные направления развития конструкций смесителей 18
2 Теоретический анализ энергоемкости процесса приготовления корма 24
2.1 Обоснование взаимодействия подачи дозатора и смесителя 24
2.2 Обоснование модели смешивания компонентов комбикорма 29
2.3 Модель смешивания фракций комбинированного корма в шнековом смесителе 30
2.4 Модель равновесного состояния слоя компонента 33
2.5 Вероятностное описание кормосмеси на основе гранулометрического анализа 36
3 Методика экспериментальных исследований з
3.1 Создание имитатора комбинированного корма как необходимое условие в проведении лабораторных экспериментов с методами его оценки по физико-механическим характеристикам... 41
3.2 Разработка лабораторной установки 45
3.3 Методика лабораторных исследований 51
3.4 Лабораторные исследования по определению оптимальных параметров шнекового смесителя при смешивании двух и трех компонентов кормосмеси 53
3.5 Методика экспериментальных исследований в производственных условиях
3.5.1 Особенности проведения производственных исследований на предприятии по приготовлению и оценки свойств материала -комбикорма 64
3.5.2 Постановка производственного эксперимента 70
3.5.3 Обработка опытных данных и оценка ошибок измерений 72
4 Результаты экспериментальных исследований 74
4.1 Влияние параметров смесителя комбинированного корма на качество смешивания 74
4.2 Результаты производственных экспериментов 89
5 Экономическая эффективность 93
Общие выводы и предложения 98
Литература
- Качество смешивания кормов и его оценка
- Обоснование модели смешивания компонентов комбикорма
- Методика лабораторных исследований
- Результаты производственных экспериментов
Качество смешивания кормов и его оценка
Исследованием процесса смешивания сыпучих кормов занимались и сделали серьезный вклад многие исследователи (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13).
Одной из актуальных теоретических проблем в описании процессов приготовления сыпучих кормов остается смесеобразование компонентов. Макаров Ю.И. понимает под смешиванием такой механический процесс, в результате которого первоначально находящиеся раздельно компоненты после равномерного распределения каждого из них в смешиваемом объеме материала образуют однородную смесь (14).
В работах (15, 16) под смешиванием подразумевают, процесс соединения объемов различных веществ с целью получения однородной смеси, то есть создания равномерного распределения частиц каждого компонента во всем объеме смеси путем перегруппировки их под воздействием внешних сил.
Согласно определению Джинджихадзе СР. (17) - в идеализированном случае должна получиться такая смесь, когда в любой ее точке к каждой частичке одного из компонентов примыкают частицы других компонентов в количествах, определяемых заданным соотношениям компонентов. Александровский А.А. (18) дает определение смешиванию, как случайному процессу, заключающемуся в перераспределении компонентов в объеме композиции и предназначенному для приготовления смеси - совокупности различных компонентов, случайно расположенных относительно друг друга.
Состояние полного смешивания статистически определяется как неупорядоченное состояние, при котором вероятность нахождения частицы данного компонента в произвольной точке есть постоянная величина, равная доле этого компонента в во всей массе (16).
Для характеристики процесса смешивания чаще всего используются числовые характеристики законов распределения концентрации: дисперсия, корреляционный момент, а также среднее квадратическое отклонение, коэффициент вариации и т.д. (14).
Между тем кормить домашнюю птицу и сельскохозяйственных животных комбинированными кормами, или, как их принято называть, комбикормами, значительно эффективней, чем поочередно скармливать им те или иные кормовые средства. Зерно, бобовые культуры, жмыхи и шроты, рыбная мука и т.д., будучи скормлены птице или животному поочередно, менее эффективны, чем комбикорма, так как последние обеспечивают более быстрые привесы, меньшие расходы и потери кормов и денежные затраты на их приобретение и использование.
Рецептурный состав комбикормов, показатели питательности и технологии изготовления должны соответствовать животным, которым они предназначены, в том числе их генетическим возможностям и условиям содержания (19).
Зоотехнической наукой и практикой установлено, что скармливание полнорационных комбикормов повышает продуктивность животных на 25...30%, при этом сокращаются сроки откорма и на 15...20% уменьшается расход кормов на единицу продукции (20). Как установил В.М. Аблаутов (21), хорошее качество смешивания кормов увеличивает прирост массы животных на 10 %.
В ходе экспериментальных исследований А.К. Мальцев (22) получил следующие результаты, подтверждающие необходимость качественного смешивания. Например, прирост массы свиней, которым давали комбикорм с постоянной однородностью, повышается на 50... 150 грамм в день против прироста массы свиней, получавших комбикорм, однородность которого сильно колебалась. При этом расход кормов на получение 1 грамма прироста массы при скармливании высокооднородных смесей снижается на 200...500 грамм. Еще большее влияние на рост животных оказывает однородность кормов, обогащенных микроэлементами, которые при повышенной концентрации, обусловленной неравномерностью смешивания, могут быть даже токсичны.
Понятие комбикорма определяется как однородная смесь очищенных и измельченных до необходимой крупности и предварительно прошедших специальную технологическую обработку различных кормовых средств и биологически активных веществ, составленная по рецепту, рассчитанному на ЭВМ, с учетом научно-обоснованных норм их ввода, обеспечивающая полноценное кормление сельскохозяйственных животных (23).
Процесс производства высококачественных комбикормов, по существу, есть процесс измельчения, дозирования и смешивания различных по структуре, гранулометрическому составу и насыпной плотности компонентов, входящих в рецепт. Так при приготовлении комбикормов отклонение от рецептурного состава допускается в пределах не более - ± 1,5%, сочных кормов - ± 3,5%, жидких кормов - ± 2,5%, минеральных добавок - ± 1% количества дозированного корма по массе (24).
По зоотехническим требованиям процесс смешивания можно считать завершенным при наличии в смеси действительного количества комбикормов и концентратов 97%, сочных кормов 93%), жидких кормов и воды 95% и минеральных добавок 98% (от заданного в рецепте).
Обоснование модели смешивания компонентов комбикорма
В состав наиболее распространенных кормов для птицеводства входят следующие компоненты (таблица 3.1).
Из-за трудностей в использовании натурных образцов (конкретных компонентов комбинированного корма) для проведения каких-либо лабораторных и производственных исследований с точки зрения количественной оценки выполнения процесса смешивания необходимо разработать соответствующие имитаторы. При этом имитатор любого компонента корма должен удовлетворять ряду требований: 1. Соответствовать размерным параметрам имитируемых кормов. 2. Контрастно выделять каждый компонент корма. 3. Каждая фракция имитатора должна легко выделяться из смеси. 4. По физико-механическим характеристикам имитатор компонентов корма должен обладать сыпучестью и отсутствием диффузией частиц.
Важным показателем, оказывающим влияние на адекватность картины смешивания корма имитатора, является коэффициент трения материалов. В таблице 3.2 приведены значения коэффициентов трения различных кормов, которые незначительно отличаются от предлагаемого имитатора.
Для представления полной картины процесса смешивания корма в любом смесителе необходимо, прежде всего, создание визуальной картины распределения массивов компонентов корма внутри рабочего пространства корпуса смесителя. Исходя из поставленных требований, на наш взгляд, в качестве имитатора компонентов комбинированного корма может быть использована полиэтиленовая крошка определенного диаметра в форме шариков, окрашенная в разные цвета. Ниже приведены типоразмеры имитаторов компонентов комбинированного корма: Синие гранулы Для расчетов: Dcp = 3,62 мм (1 гранула) m = 0.03225 гр (1 гранула) dmin = 2.73 мм dmax = 4.1 мм На рис. 3.1 представлены пробы имитаторов компонентов корма, использованных в экспериментальных исследованиях. 3.2 Разработка лабораторной установки. Исследование процесса смешивания кормов следует проводить на специальных лабораторных установках, которые должны выполнять следующие требования: 1. Представлять возможность визуального контроля за ходом процесса смешивания кормов в любой момент времени. 2. Обеспечивать забор пробы корма в характеристических точках внутреннего пространства смесителя. 3. Позволять использовать различные сменные исполнительные органы смесителя, подразумевая различные типы шнеков, отличающиеся конструкцией и размерами. 4. Иметь электропривод с вариатором частоты вращения. 5. В качестве рабочего тела использовать имитатор компонентов кормов. Практическое проведение экспериментальных исследований на существующие смесители кормов затруднено в связи с невозможностью осуществления наблюдений за самим процессом в закрытом корпусе. Поэтому нами предложена конструкция лабораторной установки (новизна технического решения подтверждена патентом РФ № 2165728), которая включает в себя корпус 1, ротор 2 (например, как показано на схеме, в виде двухзаходного винта), горловину загрузки 3, вариатор 4 ,тахометр 5, электродвигатель 6, катки 7. Общий вид установки представлен на рис. 3.2.
Установка работает следующим образом. Перед началом исследований готовятся фракционные составляющие кормовой смеси из имитаторов частиц соответствующего диаметра и разного цвета. В соответствии со структурным составом смеси (согласно рецептуре комбикорма) фракции загружаются через горловину 3 смесителя (рис. 3.2). После этого вариатор смесителя устанавливается на соответствующую частоту вращения, привод которого осуществляется от электродвигателя. Через определенный промежуток времени из разных точек объема смесителя проводится отбор проб смеси, который в дальнейшем оценивается по фракционному составу визуально и аналитическим способом (например, с помощью классификатора). Таким образом, оценивая фракционную структуру проб, можно выявить качество смешивания корма при различных эксплуатационных режимах смесителя.
Используя техническое решение представленной выше лабораторной установки, с целью расширения возможностей исследования процесса смешивания комбикорма нами разработан стенд для испытания смесителей комбинированного корма, новизна технического решения которого подтверждена патентом РФ № 2172127. На схеме (рис. 3.3) изображен стенд для испытания смесителей комбинированного корма, включающий корпус 1, шнек 2, горловину загрузки 3, электродвигатель 4, редуктор с регулирующим устройством 5, насадки б, опоры 7. Испытательный стенд снабжен механизмом перемешивания и механизмом привода. Механизм перемешивания выполнен в виде сменных шнеков, при этом стенд выполнен с возможностью загрузки и отбора проб сыпучего материала в разных точках поперечного сечения корпуса цилиндра. Механизм привода выполнен с регулирующим устройством, а на опорах корпуса установлены насадки для механизма перемешивания.
Методика лабораторных исследований
Исходя из вышеизложенного можно сделать следующие выводы: характеристики процесса смешивания зависят от соотношения фракций компонентов смеси и месторасположения окна загрузки; наилучших значений параметров процесса можно достичь при смешивании равных объемов компонентов; для получения однородной кормосмеси различных по объему фракций компонентов необходимо разнести процесс их загрузки в смеситель по времени или пространству.
На основе проведённого анализа полученных поверхностей откликов регрессионных моделей (рис. 4.6 - 4.8) можно рекомендовать следующие оптимальные параметры шнекового смесителя, которые обеспечивают повышение качества смешивания комбинированной смеси при снижении энергозатрат: для двухкомпонентной смеси - время смешивания компонентов при различном значении соотношения Рі/Р2 составляет t = 100... 120 секунд; при соотношении фракций \Г?2 = 0,8, расстояние между окнами загрузки составляет Li2 = 0,12...0,15 м; для трехкомпонентной смеси - время смешивания компонентов при различных значениях соотношений первой-второй Pi/P2 и первой-третьей фракций Pi/P3 составляет t = 100... 120 секунд; при соотношениях Pj/P2 = Р1/Р3 = 1,65 расстояния между первым-вторым и первым-третьим окнами загрузки составляет L)2 = L!3 =0,25...0,30 м; при величине расстояний L)2 = LJ3 = 0,135 м значения соотношений Рі/Р2 = Рі/Рз 1,20...1,30; при величине соотношения Р]/Р3 = 1,65 и значении расстояния Lj3 = 0,135 м величина Pi/P2 = 1,3... 1,5, а значение расстояния Li2 = 0,75... 1,00 м. Рис. 4.13 Поверхность отклика, характеризующая влияние соотношение первой и третьей фракций (Х3) и расстояние между первым и вторым окнами загрузки (Х5) на качество смешивания компонентов комбикорма 4.2 Результаты производственных экспериментов Комплексное исследование возможности и целесообразности использования разработанного смесителя комбинированных кормов проведено в производственных условиях путём оценки качества работы предложенного устройства.
На основе проведённого анализа поверхности отклика регрессионной модели (рис. 4.14), гистограммы изменения модуля помола (рис. 4.15) и кривых величины помола от времени смешивания (рис. 4.16) получили следующие оптимальные параметры, которые обеспечивают повышение качества смешивания комбинированной смеси при снижении энергозатрат: длительность смешивания 5,7...6,3 мин, так как выровненность величины модуля помола наиболее проявляется на рис. 4.15 средним рядом значения модуля помола. При увеличении времени смешивания до 9 мин происходит обратное явление - расслоение компонентов материала на фракции, что иллюстрируется соответствующим рядом показателя модуля помола на гистограмме (рис. 4.15).
Гистограмма изменения модуля помола в зависимости от длительности смешивания кормосмеси Y Рис. 4.16 Кривые величины модуля помола в зависимости от времени смешивания
На птицефабрике «Гайская» мы провели ряд мероприятий, включающих совершенствование технологического оборудования и его эксплуатационных характеристик, а также обеспечение новой породы кур «Ломанн Белый» высококачественным комбикормом на основе местного сырья.
Особенностью современного состояния птицефабрики является замена поголовья породы «Родонит» на породу «Ломанн Белый». Последняя предпочтительна с точки зрения продуктивности и сохранности. Данный эффект может быть реализован только при наличии высококачественного комбикорма.
Таким образом, за счет установки усовершенствованного смесителя и выбора рационального варианта совместной работы технологического оборудования получена экономия электроэнергии (табл. 5.1) и повышения яйценоскости.
Результаты производственных экспериментов
На основе проведённого анализа поверхности отклика регрессионной модели (рис. 4.14), гистограммы изменения модуля помола (рис. 4.15) и кривых величины помола от времени смешивания (рис. 4.16) получили следующие оптимальные параметры, которые обеспечивают повышение качества смешивания комбинированной смеси при снижении энергозатрат: длительность смешивания 5,7...6,3 мин, так как выровненность величины модуля помола наиболее проявляется на рис. 4.15 средним рядом значения модуля помола. При увеличении времени смешивания до 9 мин происходит обратное явление - расслоение компонентов материала на фракции, что иллюстрируется соответствующим рядом показателя модуля помола на гистограмме (рис. 4.15). При этом размер частиц компонентов комбикорма составляет
На птицефабрике «Гайская» мы провели ряд мероприятий, включающих совершенствование технологического оборудования и его эксплуатационных характеристик, а также обеспечение новой породы кур «Ломанн Белый» высококачественным комбикормом на основе местного сырья.
Особенностью современного состояния птицефабрики является замена поголовья породы «Родонит» на породу «Ломанн Белый». Последняя предпочтительна с точки зрения продуктивности и сохранности. Данный эффект может быть реализован только при наличии высококачественного комбикорма.
Таким образом, за счет установки усовершенствованного смесителя и выбора рационального варианта совместной работы технологического оборудования получена экономия электроэнергии (табл. 5.1) и повышения яйценоскости. где Кб - первоначальная (балансовая) стоимость оборудования; Л - ликвидационная стоимость (стоимость лома); Тн - нормативный срок службы оборудования; ЪРК - стоимость капитальных ремонтов за весь срок службы оборудования. Затраты на текущий ремонт и ТО оборудования определяется где г - отчисления на текущий ремонт и ТО в процентах от первоначальной (балансовой) стоимости;
Итого затрат, руб. 54505803 5-69 Таким образом, основные статьи затрат по птицефабрике представлены в виде таблицы 5.2. После рассмотрения сравнительных экономических показателей выращивания птицы пород «Родонит» и «Ломанн Белый» и выяснилось, что экономический эффект составил: Таблица - 5.3. Экономический эффект от совершенствования технологии смешивания Наименование «Родонит» «Ломанн Белый» до после до после Продуктивность, (шт.яиц) 198,4 203,4 211,1 223,4 Расход корма на единицу продукции, (к.ед.) 1,20 1,16 1,02 0,97 Себестоимость 1000 шт. яиц, (руб.) 640,53 636,59 619,26 608,83 Реализационная цена 1д. яиц, (руб.) 9-80 9-80 10-84 10-84 Всего затрат, (тыс. руб.) 3892,00 3833,00 3921,77 4080,37 Выручка от реализации, (тыс. руб.) 5724 5900 6865 7265 Прибыль от реализации, (тыс. руб.) 1990,05 2067,00 2943,23 3184,63 - при кроссе «Родонит» составил 76,95 руб./ЮОО шт. яиц; - при кроссе «Ломанн Белый» - 241,40 руб./ЮОО шт. яиц. При этом расход электроэнергии сократился на 17%. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ
Анализ литературных данных и передового опыта в птицеводстве Оренбургской области показывает необходимость совершенствования взаимодействия основных технологических машин комбикормового цеха - «дозатор - смеситель» с точки зрения сокращения потерь времени и соответственно энергии при выполнении операции смешивания компонентов комбикорма.
Теоретическими исследованиями установлена зависимость подачи шнекового дозатора и смесителя, которая определяет необходимость организованного заполнения межвиткового пространства и всего пространства смесителя, исходя из величины последовательной подачи дозатором различных компонентов комбикорма.
Установлено, что наиболее рациональным, с точки зрения процесса смешивания и поверхности контакта, является послойная загрузка материала в смеситель.
Разработана методика проведения лабораторных экспериментов, включающая использование лабораторной установки и специального стенда, новизна технического решения которых подтверждена патентами РФ, позволяющая визуально и аналитически оценить эффективность процесса смешивания компонентов комбикорма.
Результаты лабораторных экспериментов показывают, что рациональное время смешивания двух и трех компонентов смеси лежит в пределах 120 секунд. Меньшее время смешивания не обеспечивает однородность получаемого материала, большее время приводит к расслаиванию компонентов смеси.
Для двухкомпонентной смеси - время смешивания компонентов при различном значении соотношения Рі/Р2 составляет t = 100... 120 секунд; при соотношении фракций Р]/Р2 = 0,8, расстояние между окнами загрузки состав 99 ляет L12 = 0,12...0,15 м. Для трехкомпонентной смеси - время смешивания компонентов при различных значениях соотношений первой-второй Pi/P2 и первой-третьей фракций Р]/Р3 составляет t = 100... 120 секунд; при соотношениях Р]/Р2 = Pj/Рз = 1,65 расстояния между первым-вторым и первым-третьим окнами загрузки составляет L!2 = L13 =0,25...0,30 м; при величине расстояний Li2 = L13 = 0,135 м значения соотношений Pi/P2 = Р1/Р3 = 1,20... 1,30; при величине соотношения Рі/Рз = 1,65 и значении расстояния Li3 = 0,135 м величина Р]/Р2 = 1,3... 1,5, а значение расстояния L12 = 0,75... 1,00 м.
В ходе производственных экспериментов, проведенных на птицефабрике «Гайская», установлено, что для получения величины однородности (модуля помола смеси) по всему объему комбикорма в смесителе достаточно 5,7...6,3 мин.
Использование полученных результатов и модернизированного оборудования позволило получить экономический эффект в виде прироста продуктивности птицы при кроссе «Ломанн Белый» 241,40 руб./ЮОО шт. яиц при сокращении энергозатрат на 17 % (в ценах 2001 года).
