Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ проведённых исследований по повышению эффективности работы технологических линий приготовления и раздачи кормовых смесей крупному рогатому скоту 10
1.1 Зоотехническая и технико-экономическая эффективность процессов приготовления и раздачи кормовых смесей 10
1.2 Анализ существующих технологических линий приготовления и раздачи кормовых смесей 19
1.3 Обзор исследований по повышению эффективности работы бункерных дозаторов в поточных линиях приготовления и раздачи кормов 41
Выводы по главе 1 55
Глава 2. Теоретическое обоснование повышения эффективности процессов приготовления и раздачи кормов крупному рогатому скоту и обоснование параметров распределителя-уплотнителя 58
2.1 Анализ факторов, влияющих на эффективность работы мобильных раздатчиков кормов 58
2.2 Теоретическое обоснование параметров процесса уплотнения корма в бункере при формировании комового монолита 65
2.3 Обоснование затрат энергии на процесс заполнения бункера мобильного раздатчика 74
Выводы по главе 2 87
Глава 3. Программа и методика проведения экспериментальных исследований 88
3.1 Программа и задачи исследований 88
3.2 Описание установки и оборудования для проведения экспериментальных исследований 89
3.3 Методика определения физико-механических свойств кормов
3.4 Методика исследования процесса заполнения бункера мобильного раздатчика 94
3.5 Методика определения однородности смеси и неравномерности выдачи корма 95
3.6 Методика планирования многофакторного эксперимента 97
Глава 4 Результаты экспериментальных исследований и их анализ 104
4.1 Результаты по определению физико-механических характеристик кормовых продуктов 104
4.3 Результаты исследований по обоснованию параметров, влияющих на пропускную способность распределителя-уплотнителя и его энергоёмкость 115
Выводы по главе 4 117
Глава 5. Производственная проверка результатов исследований, оценка их экономической эффективности и методика расчёта технологической линии приготовления и раздачи кормовых смесей крупному рогатому скоту 119
5.1 Производственная проверка результатов исследований 119
5.2 Расчёт и оценка экономической эффективности результатов исследований 124
5.3 Методика расчёта линии приготовления и раздачи кормовых смесей крупному рогатому скоту 127
Общие выводы 130
Список использованных литературных источников
- Анализ существующих технологических линий приготовления и раздачи кормовых смесей
- Теоретическое обоснование параметров процесса уплотнения корма в бункере при формировании комового монолита
- Методика определения физико-механических свойств кормов
- Результаты исследований по обоснованию параметров, влияющих на пропускную способность распределителя-уплотнителя и его энергоёмкость
Введение к работе
Актуальность темы исследования.Эффективность производства продукции животноводства во многом зависит от полноценного и своевременного кормления. Исследованиями учёных и передовой производственной практикой установлено, что кормовые смеси (КС) для крупного рогатого скота (КРС) удовлетворяют физиологическим потребностям и повышают продуктивность животных за счёт сбалансированности кормов по питательным веществам. При этом в кормовых смесях можно скармливать 1,5-2 раза больше малоценных грубых кормов с величиной резки 8-10 мм, чем при раздельной раздаче, так как в этом случае животные не могут выбирать наиболее вкусный корм.
При интенсивном ведении животноводства производится подготовка кормов, в том числе в кормоцехах (кормоприготовительных отделениях)с помощью разнообразных по принципу действия и конструкции машин и оборудования. При этомраздача кормов, являясь заключительным звеном, оказывает существенное влияние на эффективность получения продукции от животных. По трудоёмкости она составляет 40% общих трудовых затрат по уходу за животными.
Однако, применяемые в настоящее время машины и оборудование, входящие в состав технологических линий (ТЛ) приготовления и раздачи КС для КРС не позволяют готовить их с высокой однородностью и выдавать в соответствии с зоотехнической нормой. При этом процесс приготовления КС имеет сложную структуру и, как следствие низкую надёжность функционирования.
Существенным недостатком применяемых бункерных кормораздатчиков является неравномерное заполнение бункера кормом при загрузке его ёмкости-что приводит к колебаниям высоты по длине бункера и колебаниям плотности. В связи с этим разработка новых технологических подходов и технических средств, обеспечивающих качественное выполнение процессов приготовления и раздачи корма является актуальной научно-технической задачей.
Работа выполнялась по тематическому плану ФГБОУ ВО «Дальневосточный ГАУ» «Система технологий и машин для животноводства Амурской области» (номер государственной регистрации №РК 0120.0 503 562).
Целью исследований является повышение эффективности работы линий приготовления и раздачи кормовых смесейкрупному рогатому скотупутём обоснования параметров распределителя-уплотнителя.
Объектом исследований является технологический процесс приготовления и раздачи кормовых смесей крупному рогатому скоту с использованием распределителя-уплотнителя кормов.
Предмет исследований- закономерности процессов распределения и уплотнения кормовой смеси в бункере мобильного раздатчика с использованием распределителя-уплотнителя.
Методы исследования. При теоретических исследованиях использовались законы и методы теоретической механики, математики, сопротивления материалов. При экспериментальных исследованиях использовался метод планирования многофакторного эксперимента и регрессионного анализа. При обработке результатов экспериментальных исследований, использовались методы
математической статистики совместно с программами для персонального компьютера «Excel», «Statistica-6». Научная новизна.
-
Обоснована возможность, необходимость и целесообразность использования для заполнения бункеров мобильных раздатчиков кормов специальных распределителей-уплотнителей в линиях приготовления и раздачи КС КРС;
-
Получены аналитические зависимости по обоснованию параметров процесса заполнения бункера мобильного раздатчика с учётом уплотнения кормового продукта рабочими органами распределителя-уплотнителя на основании обобщённой теоремы взаимности работ;
-
Экспериментально получены математические модели процесса заполнения бункера мобильного раздатчика кормовой смесью с одновременным её уплотнением, на основании которых обоснованы оптимальные значения параметров распределителя-уплотнителя.
Новизнатехнических решений, снижающих неравномерность выдачи смесей в кормушки КРС подтверждены патентамина изобретения(№2515037, №2518881 и №2531227).
Практическая значимость.Разработана и предложена конструкция распределителя-уплотнителя, обеспечивающего равномерную загрузку мобильного бункерного раздатчика кормов. Обоснованы оптимальные конструктивно-режимные параметры распределителя-уплотнителя. Разработана методика расчёта линии приготовления и раздачи кормовых смесей и рекомендации по проектированию и использованию данной линии приготовления и раздачи кормовых смесей с использованием распределителя-уплотнителя.
Результаты исследований могут быть использованы проектно-конструкторскими организациями для разработки новых распределителей-уплотнителей, а также в учебно-методическом процессе.
Основные положения, выносимые на защиту:
аналитические выражения, позволяющие определять оптимальные конструктивно-режимные параметры распределителя-уплотнителя кормов;
аналитические зависимости по обоснованию параметров процесса заполнения бункера мобильного раздатчикадля КРС с учётом уплотнения кормового продукта рабочими органами распределителя-уплотнителя, на основании обобщенной теоремы взаимности работ;
экспериментально полученные математические модели процесса заполнения бункера мобильного раздатчика кормов с помощью распределителя-уплотнителя, на основании которых определены оптимальные значения его параметров.
Реализация результатов исследований. Производственная проверка была произведена в: ФГУП ОПХ «Садовое» с. Лозовое Тамбовского района Амурской области; ООО «АгроСевер-3» с. Новогеоргиевка Шимановского района Амурской области. Полученные результаты исследований используются в учебном процессе Факультета механизации сельского хозяйства ФГБОУ ВО «Дальневосточный ГАУ» и приняты к использованию ФГБНУ Даль-
ниимэсх.
Апробация. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на конференциях: общеуниверситетских тематических научных конференциях «Проблемы и перспективы развития науки, производства, образования» ФГЬОУ ВПО ДальГАУ в 2013-2014 rr.;X!V, XV и XVI региональных научно-практических конференциях «Молодежь XXIвека: шаг в будущее», в 2013-2015 гг.; научно-практической конференции:«Состояние и перспективы развития производства и переработки энергетически ценных сельскохозяйственных культур», Благовещенск, 27-28 июня 2013 г. ГНУ ДальПИИМЭСХ; ХХІзаочной научной коиференции«Яе8еагсп Journal of International Studies», Екатеринбург 2013 г.; Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы в энергетике и средствах механизации АПК» (ДальГАУ,9 апреля 2014 г.); международной научно-практической конференции «Инновационные процессы и технологии в современном сельском хозяйстве» (ДальГАУ, 2-4 декабря 2014 г.); расширенном заседании кафедры «Транспортно-энергетические средства и механизация АПК». Научно-исследовательская работа «Теоретическое обоснование оптимальных конструктивно-режимных параметров и схемы распределяюще-уплотняющего устройства» награждена дипломом за 1 место во II туре Всероссийского конкурса на лучшую работу среди студентов, аспирантов и молодых учёных высших учебных заведений Минсельхоза России в номинации «Технические науки».
Публикации.Основные положения диссертационной работы опубликованы в 13 печатных работах, в том числе в 2 статьях в рецензируемых изданиях, входящих в перечень ВАК, а также получено 3 патента на изобретение.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, приложений, списка литературы включающего 221 источник, в т.ч. 14 на иностранных языках и изложена на 169 страницах машинописного текста, содержащего 19 таблиц, 47 рисунков и 9 приложений.
Анализ существующих технологических линий приготовления и раздачи кормовых смесей
Основными частями системы являются заборники кормов, пневмотранспор-тёрная система и дозаторы-смесители.
Работает система следующим образом. Заборники кормов забирают корма из хранилищ и подают их по гибкому рукаву в коллектор, откуда корма по всасывающей сети трубопроводов транспортируются в циклон, где с помощью воздуходувной машины создаётся разрежение. Коллекторы прокладывают вдоль хранилища, в результате чего заборники могут быть подключены к нему в различных точках хранилищ. Корма в циклон подаются поочерёдно, что достигается соответствующим переключением трубопроводов с помощью переключателей. Из циклона корма проходят через затвор и потоком воздуха, нагнетаемым воздуходувной машиной, транспортируются по нагнетательной сети трубопроводов в один из циклонов-рассеивателей. В циклоне происходит разделение корма и воздуха за счёт вращательного движения их и трения корма о стенки циклона. Вращающийся во внутренней конической поверхности циклона поток корма попадает в направляющие и через нижнее отверстие циклона рассеивается равномерно по площади бункера. Соответствующей установкой направляющих достигается равномерное заполнение бункера любой формы. Бункер дозатора-смесителя заполняется поочерёдно горизонтальными слоями различных кормов, подаваемых пневмоустанов-кой. После заполнения бункера полностью включается дозатор и транспортёр, находящийся на дне бункера, который подаёт всю массу кормов (так называемый "слоёный пирог") к вращающимся битерам. Битера отделяют массу в вертикальной плоскости, в результате чего компоненты перемешиваются и смесь их равномерным потоком подаётся на раздаточный транспортёр.
Технико-экономическая эффективность данного предложения заключается в снижении затрат труда на приготовление смеси, упрощении и удешевлении оборудования, что даёт снижение капитальных затрат, эксплуатационных расходов и себестоимости продукции.
Возможность подачи одного и того же вида корма поочерёдно во все дозаторы-смесители позволяет одновременно приготавливать кормовые смеси по различному соотношению в них кормовых компонентов в широком диапазоне, в зависимости от возрастных и хозяйственно-полезных признаков различных групп животных на фермах и комплексах, что невозможно осуществить ни в одном существующем кормоцехе без дополнительного сложнейшего оборудования.
Большая эффективность предложений системы заключается ещё и в том, что она позволяет приготавливать корма на любое количество поголовья впрок, с тем, чтобы раздать его в точно назначенное время сразу всем группам животных и обеспечить тем самым чёткое выполнение распорядка дня с исключением стрессовых состояний у животных, что имеет исключительно важное значение для поддержания высокой продуктивности, особенно у молочных коров.
Аналогичная схема технологической линии с послойной загрузкой бункера-питателя и последующей раздачей стационарными транспортёрами нашла применение и в Германии.
Однако в составе поточных линий приготовления и раздачи кормов (по типу комплекса совхоза "Чапаевский" Запорожской области) на долю стационарных кормораздатчиков приходится 60...70% длины всех транспортёров и свыше 60% стоимости оборудования линии. При такой системе раздачи на одно животное затрачивают в 3,5 раза больше металла, чем при раздаче кормов мобильными средствами.
Недостаток мобильных (прицепных и самоходных) раздатчиков - это невозможность автоматизации процесса раздачи кормов. Поэтому их использование ограничивает рост производительности труда.
В настоящее время созданы системы, объединяющие преимущества стационарных и мобильных раздатчиков, когда кормораздатчики перемещаются в заданных направлениях внутри помещений параллельно осям прямоугольных координат, поэтому получили название - координатные (координатный раздатчик, координатный агрегат, координатная система) (рисунок 1.2) [52, 196].
Одним координатным раздатчиком можно обслуживать несколько групп животных, а также выполнять такие операции, как очистка кормушки от остатков корма, уборка навоза или разбрасывание свежей подстилки.
В качестве координатного раздатчика кормов (или рабочего узла технологической линии) НИПТИМЭСХом Нечерноземной зоны РФ использован модернизированный малогабаритный прицепной мобильный раздатчик РММ-5,0 (РММ-Ф-6). Сущность модернизации заключается в установке кузова на электрифицированное двухосное шасси с ведущими всеми четырьмя колёсами. Привод - от электродвигателя мощностью 2,2 кВт. Дополнительно на раме шасси монтируют электродвигатель мощностью 5,5 кВт для привода рабочих органов, электротормоз, кабелеукладчик, щиты питания и управления[196].
Преимуществами координатных раздатчиков являются: наличие кузова, позволяющего иметь определённый запас кормов; обеспечение транспортировки вдоль фронта кормления и раздачи кормов различным половозрастным группам животных одним и тем же раздатчиком; неограниченное время (высокий коэффициент) использования в течение суток при поточной технологии кормления; ограниченность передвижения пределами животноводческого помещения (помещений); возможность полной автоматизации процесса раздачи кормов; сравнительно небольшая площадь, занятая кормовыми проходами; возможность раздачи любых видов кормов и КС.
По методике НИПТИМЭСХа, внедрение координатной системы на специализированном комплексе по выращиванию 3000 племенных тёлок даёт экономию 1801,9 тыс. руб. по сравнению со стационарными кормораздатчиками, 2170 тыс. руб. - по сравнению с прицепными мобильными и 775 тыс. руб.(в ценах 2012 г.) -по сравнению с самоходными электрическими раздатчиками[137]. Основные составляющие эффекта по сравнению со стационарными ленточными раздатчиками приведены в таблице 1.2.
На крупных фермах крупного рогатого скота особое значение имеют надёжные ТЛ приготовления и раздачи смесей. Надёжность может быть достигнута использованием двухпоточных линий (рисунок 1.4).
Большой производительностью обладает линия, выполненная на базе смесителей раздатчиков (рисунок 1.5). Как правило, они работают совместно с загрузочным отделением. Так, ПТЛ по проекту компании "СересИнтернэшнл"(США) на комплексе "Братский" Ростовской области по откорму 20 тыс. голов молодняка КРС включает следующее оборудование: измельчитель рулонов и тюков фирмы "Фармхенд", транспортёр горизонтальный и накопитель-питатель измельчённых грубых кормов с подающим транспортёром для измельчения и подачи грубых кормов в весовой бункер; хранилище зерна, расходные бункеры, оборудование для влаготепловой обработки и плющения зерна, для подготовки и подачи хлопьев в весовой бункер; накопительные бункеры и питатели для подачи в весовой бункер добавок; установку для подготовки питательных растворов мелассы и т.п. и подачи их в смеситель-раздатчик.
Теоретическое обоснование параметров процесса уплотнения корма в бункере при формировании комового монолита
Анализ литературных источников и передовая производственная практика показывают, что широкое распространение в поточной линии приготовления и раздачи кормов жвачным животным получили бункерные раздатчики кормов, обеспечивающие надёжное функционирование такой линии, путём согласования работы машин и оборудования в её составе, а также равномерную выдачу кормовых продуктов с необходимой производительностью.
Результаты исследований ряда учёных, а также опыт эксплуатации бункерных накопителей и дозаторов показывает, что основное влияние на точность дозирования кормов оказывают технологические факторы и, в частности, неравномерное распределение высоты и плотности кормового монолита по длине бункера.
Исследователями намечались меры по снижению влияния неравномерности распределения корма в бункерах накопителей и дозаторов, разрабатывались устройства по осуществлению этих мер и проводилось обоснование их конструктивно-режимных параметров. Однако известные распределяющие и разравнивающие устройства имеют низкую пропускную способность, что не соответствует требованиям, предъявляемым к современным машинам. При низкой производительности заполнения бункерных накопителей и дозаторов нарушается согласованная работа машин и оборудования технологических линий приготовления и раздачи кормов, а также увеличивается продолжительность раздачи.
Снабжение каждого мобильного или ограниченной мобильности раздатчика таким устройством также нецелесообразно, ввиду широкого использования кормораздатчиков на транспортных работах, например, на подвозке зелёной массы к траншеям, при её закладке на силос.
К недостаткам бункерных раздатчиков, оборудованных разравнивающим устройством также следует отнести и их низкую эксплуатационную производительность, обусловленную значительными затратами времени на загрузку, а также низкую грузовместимость.
Применение в технологической линии приготовления и раздачи кормосме-сей распределителя-уплотнителя для заполнения бункера раздатчика с одновременным уплотнением позволяет устранить указанные недостатки.
Таким образом анализ существующих схем ТЛ приготовления и раздачи кормовых смесей показал, что они имеют ряд недостатков, основными из которых являются: - низкая грузовместимость бункерных мобильных раздатчиков, обусловленная малой плотностью кормовой смеси, подаваемой в раздатчик из измельчителя-смесителя установленного в кормоцехе, что в конечном итоге, приводит к увеличению общего числа рейсов при раздаче корма животным; - низкая точность дозирования корма раздатчиком, в связи с тем, что при заполнении бункера кормом, в нём формируется монолит с непостоянными высотой и плотностью по длине бункера; - низкая надёжность работы линии, вследствие невозможности послойного заполнения бункера раздатчика кормовыми компонентами с целью их смешивания во время выдачи в кормушки животным. Объектом исследований является технологический процесс приготовления и раздачи кормовых смесей крупному рогатому скоту с использованием распределителя-уплотнителя кормов.
Предмет исследований - закономерности процессов распределения и уплотнения кормовой смеси в бункере мобильного раздатчика с использованием распределителя-уплотнителя.
Научной гипотезой при решении данной технической задачи являлось предположение о том, что повышения эффективности работы технологических линий приготовления и раздачи кормовых смесей крупному рогатому скоту возможно и целесообразно путём использования в такой линии специального распределителя-уплотнителя, при оптимальных параметрах работы которого, обеспечивается равномерное заполнение бункера мобильного раздатчика кормовой смесью с одновременным её уплотнением, в результате чего увеличивается грузовместимость раздатчика, а также равномерность выдачи им кормовых смесей животным. При проектировании бункерных накопителей и дозаторов в линиях приготовления и раздачи КС вместимость бункера должна выбираться таким образом, чтобы при одноразовой загрузке они могли обслужить одно или несколько животноводческих помещений. Кроме того, количество корма в бункере должно быть равно или кратно количеству корма, потребного для разового кормления поголовья животных, расположенного в одном здании [108] M6=qNK-K (2.1) где Мб - количество корма в бункере, кг; q - норма выдачи корма на одну голову, кг/гол; N - количество голов скота в одном ряду животноводческого помещения, гол; К - число рядов животных, обслуживаемых при одновременной загрузке бункера кормом; к3 - коэффициент запаса корма (&3=1,03... 1,1).
С учётом того факта, что мобильный кормораздатчик, кроме функции доставки корма животным, осуществляет ещё и процесс его дозированной выдачи в кормушки запишем
Чн= т , (2.3) где В, Н - соответственно ширина и высота бункера мобильного раздатчика, м; ре - плотность кормового бурта в бункере (с уплотнением), кг/м ; vn - скорость движения подающего транспортера в бункере, м/с; va - скорость движения кормо-раздающего агрегата, м/с; kf,k2- коэффициенты, учитывающие проскальзывание планок транспортёра относительно бурта и колёс агрегата относительно поверхности перемещения (/=0,94...0,96; =0,95...1).
Таким образом анализ выражения (2.6) показывает, что количество корма кратное количеству животных в ряду - N, при фиксированных значениях параметров - Мб и б можно загрузить в бункер раздатчика обеспечив его уплотнение до определённой степени. Данная степень, с учётом принятого положения, может быть определена как ку= = Ъ (2.7) где рн - плотность кормового продукта в кормушке животного, кг/м . При этом, как показывает практика р„=рК, где рк - плотность кормового продукта, поступающего из кормоцеха в бункер раздатчика. Учитывая предложенный подход, а также результаты анализа проведённых ранее исследований можно сделать следующее заключение.
Реализация данных подходов позволяет выполнить условия, при которых однородность смеси в будет стремиться к своему максимальному значению в - тах, неравномерность выдачи кормов в кормушки др к её минимальному значению др - min, а уплотнение кормового продукта в бункере раздатчика позволит снизить число рейсов раздатчика Z min или даже число кормораздающих агрегатов ZKa— min.
Всё это в совокупности позволяет снизить приведённые затраты (/73,) на процессы приготовления и раздачи кормовых смесей КРС. Вышеизложенное можно представить в виде условий оценки эффективности процессов приготовления и раздачи кормов: при S(t) 0 J где ПЗІ - приведённые затраты, руб; Q, - производительность по линиям приготовления и раздачи КС, т/ч; t - время работы линий, ч; [7,-удельные эксплуатационные затраты, руб; Е - нормативный коэффициент (=0,15); К - капитальные вложения, руб; S(t) - функция, характеризующая способность системы приготовления и раздачи кормовых смесей КРС к управлению ею, через воздействие на факторы и параметры; др - неравномерность выдачи КС животным, %; в - однородность смеси, %.
Методика определения физико-механических свойств кормов
В состав экспериментального комплекса входит: распределитель-уплотнитель, два наклонных транспортёра типа ТС-40М-4,5, весоизмерительный лоток, установленный на выходе корма из бункера-накопителя, приборы контроля и измерений. Распределитель-уплотнитель установлен над бункером раздатчика. Управление всеми элементами экспериментального комплекса осуществляется с общего щита управления.
В начальный период загрузки кормовой материал из кормоцеха загружается в бункер-дозатор с последующим выравниванием его вручную по высоте. После установки бункера-дозатора на место, корм с заданной последовательностью подаётся на наклонный транспортёр, привод которого управляется посредством командного аппарата и создаёт различные значения неравномерности подачи. Далее корм поступает на распределитель-уплотнитель, который распределяет его в бункере раздатчика. Значения конструктивно-режимных параметров распределителя-уплотнителя устанавливались в необходимых пределах, согласно матрице планирования эксперимента. Так как заполнение производится с уплотнением кормового монолита, то объём кормораздатчика уменьшен для того, чтобы объём корма в бункере-дозаторе был достаточен для полного заполнения по высоте бункера раздатчика. Такое уменьшение объёма бункера достигнуто путём переноса задней стенки бункера раздатчика в сторону блока битеров.
Для проведения замеров бункер разбивался на десять участков длина каждой из которых составляла от 0,2 до 0,4 метра. С каждого участка бункера производилась выгрузка кормового продукта, масса которого регистрировалась с помощью тензометрического лотка, а затем взвешивалась на весах.
Неравномерность распределения корма по длине бункера оценивалась коэффициентом вариации где 5 - среднеквадратическое отклонение массы корма в порции от среднего значения; q- среднее значение массы корма в порции, взятой с участков. Показатель 8 определяли как
Проведённый анализ процесса смешивания и предлагаемых разными авторами методик позволяет отдать предпочтение для оценки состояния системы статистическими характеристиками: среднеквадратическому отклонению 8 и коэффициенту вариации v распределения контролируемого или контрольного компонента в смеси [118] где xt - концентрация контролируемого или контрольного компонента в пробах; х- среднеарифметическая концентрация контрольного компонента в пробах; п - число проб. где V - объём средней частицы контролируемого компонента (для соломы КР = nr cmhmi см гст- радиус стебля, см; 1ст- длина стебля, см; ta- уровень значимости (для вероятности Р=0,95, ta=\,96); дп- заданная погрешность определения- , 8п =5%;/?.- числовая частность контролируемого компонента в долях единицы.
Значения V и pt зависят от вида кормосмеси и контролируемого компонента. С учётом имеющегося опыта Г.М. Куктой предложено массу пробы для анализа влажных кормосмесеи для крупного рогатого скота принимать в размере .=300 г [124]. Учитывая, что при отборе проб технически затруднено обеспечить заданную массу, её пересчитывали к принятой массе пробы где xt, хп - фактическая и приведённая к qn масса контролируемого компонента в пробах, г; qn- масса пробы, принятая для данного вида смеси (дй=300 г); q i)l - фактическая масса пробы, г.
Изучение литературных данных, посвященных проблеме приготовления и раздачи кормовых смесей, а также имеющихся результатов теоретических исследований и предварительных экспериментов показывает, что модель процесса получения и раздачи кормовой смеси является функцией большого числа факторов.
Однако количественной взаимосвязи между этими факторами, качественными технико-экономическими показателями процесса, такими как - равномерность загрузки и её энергоёмкость однородность и равномерность выдачи не установлено. Для оптимизации данных процессов необходимо построение их математических моделей. Решение этой задачи теоретическими методами невозможно, так как трудно учесть изменяющиеся во времени физические и механические свойства обрабатываемого кормового материала.
Методика экстремального планирования эксперимента позволяет определить оптимальные условия протекания изучаемых процессов и построить их математические модели эмпирическим путём. Предварительное изучение объекта исследования позволило выбрать параметры, подлежащие оптимизации, а также собрать и обработать априорную информацию [1,141,150].
Априорное ранжирование факторов проводилось по общепринятой методике [1,141].
На рассмотрение были предложены анкеты, в которых в рандомизированном порядке расположены факторы, связанные с изучаемыми процессами с кодовым обозначением и уровнями их варьирования. Были учтены только управляемые факторы. По данным анкет составлялась матрица рангов, в которой рассчитана сумма рангов Saij и величина Ai - отклонение суммы рангов от средней величины.
Оценка степени согласованности мнений опрошенных специалистов осуществлялась по коэффициенту конкордации, значимость которого устанавливалась с помощью % критерия Пирсона.
Коэффициент согласования мнений специалистов рассчитывался по формуле, учитывающей наличие "связанных рангов".
Если расчётное значение х -распределения больше табличного для 5% уровня значимости и числа степеней свободы f=k— 7, значит можно утверждать о согласованности мнений специалистов относительно степени влияния факторов на параметр оптимизации.
Убедившись в согласованности мнений экспертов, строили диаграмму рангов, по оси абсцисс которой отложены факторы, по оси ординат - суммы их рангов. Априорная диаграмма рангов распределения факторов, влияющих на равномерность заполнения бункера, степень уплотнения и энергоёмкость процессов, позволило отсеять ряд факторов и исключить их из дальнейшего рассмотрения, как несущественные.
После отсеивания малозначимых факторов переходили к описанию области оптимума. Исследования, посвященные изучаемой проблеме, показывают, что процесс описывается полиномом второй степени вида плану эксперимента. Исходя из цели эксперимента (оптимизация и получение математической модели процесса) и учитывая трудоёмкость опытов, план эксперимента должен наиболее точно описывать поверхность отклика и иметь минимальное количество опытов. Учитывая влияние внешних факторов на исследуемый объект, данный план должен отвечать требованию разбиения на части и, в случае необходимости, последовательно реализовать одну часть за другой. Этим требованиям наиболее полно отвечают трёхфакторные планы[141].
Результаты исследований по обоснованию параметров, влияющих на пропускную способность распределителя-уплотнителя и его энергоёмкость
Область оптимальных значений для неравномерности заполнения достигается при стабилизации фактора Xi = 0 (8 с") и значениях факторов Х2 (скорости движения платформы) в пределах от 0,036 м/с до 0,044 м/с и Хз (расстояния между пальцев граблины) в пределах от 0,052 м до 0,068 м.
Область оптимальных значений для степени уплотнения достигается при стабилизации фактора Xi = -1 (8,6 с") и значениях факторов Х2 (скорости движения платформы) в пределах от 0,036 м/с до 0,040 м/с и Хз (расстояния между пальцев граблины)в пределах от 0,028 м до 0,044 м.
Область оптимальных значений для энергоёмкости процесса заполнения достигается при стабилизации фактора Xi = -0,64 (6,76 с") и значениях факторов Х2 (скорости движения платформы) в пределах от 0,044 м/с до 0,052 м/с и Х3 (расстояния между пальцев граблины)в пределах от 0,060 м до 0,072 м.
Результаты исследований по обоснованию параметров, влияющих на пропускную способность распределителя-уплотнителя и его энергоёмкость На втором этапе исследований были изучены зависимости осевой скорости перемещения платформы распределителя-уплотнителя и0 от подачи загрузочного транспортёра Q3.mp., а также угловой скорости вращения граблин от подачи Q3.mp..
Графический вид данных зависимостей при соответствующих значениях оборотов подающего шнека пш и размера кривошипа R, представлен на рисунке 4.4 и 4.5.
Анализ данных зависимостей показывает, что с увеличением подачи загрузочного транспортёра Q3.mp. необходимо увеличивать и продольную скорость перемещения платформы распределителя-уплотнителя и0 и угловую скорость вращения распределяющих граблин сог.
На этом же этапе исследований установлены зависимости пропускной спо собности распределителя-уплотнителя Qpy, а также энергоёмкости - Ыэ от угло вой скорости вращения граблин. Данные зависимости представлены на рисунке 4.6. Согласно представленной зависимости, пропускная способность распредели теля-уплотнителя увеличивается линейно с возрастанием сог. В тоже время, с уве личением Qpy снижается энергоёмкость процесса заполнения бункера мобильного раздатчика по экспоненциальной зависимости.
В результате проведённых экспериментальных исследований определены значения физико-механических показателей исходных кормовых компонентов и готовой кормовой смеси, которые варьируют в относительно широких пределах. Данный факт необходимо учитывать при проектировании устройств предложенного типа: На основании реализации многофакторного эксперимента построены ма тематические модели процесса заполнения бункера мобильного раздатчика кор мов в виде адекватных уравнений регрессии; Посредством решения данных уравнений установлены оптимальные значения параметров распределителя-уплотнителя: угловой скорости вращения кривошипа с граблиной - юг=8,0-8,6 с" ; продольной скорости перемещения платформы - ио=0,04-0,042 м/с; расстояния между пальцев граблины - tn=0,06—0,08 м; показатель кинематического режима к - ——=28-30, при которых: неравномерность заполнения 8з=5,8 %; степень уплотнения 1=1,96-2,0; энергоёмкость N3=0,134 кВт ч/т. Установлены зависимости, характеризующие процесс заполнения бунке ра раздатчика кормов с точки зрения пропускной способности распределителя уплотнителя.
При этом, показано, что при значениях Qpy=14,4 т/ч значения энергоёмкости составляют 0,130-0,134 кВтч/т.
Производственная проверка результатов исследований проводилась в условиях фермы КРС (рисунок 5.1) хозяйств Амурской области (приложение 7,9). В качестве базового кормового рациона была принята рецептура по составу, приведённому в главе 4.
Технологическая схема приготовления и раздачи кормовых смесей в с. Лозовое Тамбовского района Амурской области В качестве исходных требований к получению кормовой смеси на основе стебельчатых кормов, предъявлялись требования, изложенные в литературе [204]. На рисунках 5.2 и 5.3 представлены конструктивно-технологическая схема приготовления и раздачи кормовых смесей с использованием предложенного распределителя-уплотнителя кормов, а также план кормоцеха фермы КРС на которой она реализована. Конструктивно-технологическая схема ТЛ приготовления и раздачи кормосмесей на ферме КРС с. Лозовое Тамбовского района: 1 - питатели кормовых компонентов; 2 - сборный транспортёр; 3 - измельчитель-смеситель; 4 - распределитель-уплотнитель; 5 - раздатчик кормовых смесей типа КТУ-10 План кормоцеха фермы КРС и размещение оборудования ТЛ приготовления и раздачи кормосмесей в ФГУП «Садовое», с. Лозовое Тамбовского района Амурской области: 1 - питатель силоса; 2 - сборный транспортёр; 3 -питатель соломы; 4 - бункеры-дозаторы концкормов; 5 - нория; 6 - загрузочный бункер; 7 - щит управления; 8 - трубопровод концкормов; 9 - выгрузной транспортёр; 10 - измельчитель ИСК-3,0; 11 - ёмкость мобильного кормораздатчика типа КТУ-10; 12 - распределитель-уплотнитель; 13 - эстакада с направляющими Особенностью данной ТЛ является то, что в линию загрузки был установлен распределитель-уплотнитель.
Общий вид загрузки бункерного раздатчика кормовой смесью на основе стебельных кормов (а) и кормораздающего агрегата на основе мобильного раздатчика (б) Производственной проверкой установлено, что разработанный распределитель-уплотнитель позволяет формировать в бункере мобильного раздатчика кормовой монолит с постоянными высотой и плотностью кормовой смеси по длине бункера 8з=5н+5р 0. При этом однородность смеси в бункере раздатчика была на 5% выше, чем после ИСК-3,0 и составляла 90%. Неравномерность выдачи кормовой смеси в кормушки животным составляла ±10-12%, что соответствует предъявляемым требованиям.
Материалы исследований используются ГНУ ДальНИИМЭСХ при проектировании и разработке технологий и технических средств в процессах приготовления и раздачи кормов (приложение 8). Расчёт и оценка экономической эффективности результатов исследований Расчёт годового экономического эффекта производим в соответствии с существующими методами [148]. При проведении расчётов по оценке технико-экономической эффективности за базовый вариант принята традиционная технология приготовления и раздачи кормовых смесей, в составе которой отсутствует распределитель-уплотнитель.
В связи с этим источником получения экономического эффекта являются: - снижение числа рейсов мобильного кормораздающего агрегата и, как следствие, их сокращение, за счёт повышения грузовместимости бункера раздатчика, путём уплотнения в нём кормовой массы; - замена ручного труда по распределению кормовой массы в бункере на механизированный, путём использования распре делителя-уплотнителя.