Введение к работе
Актуальность темы исследования. Наиболее часто используемые технологии силосования кормов - это силосование в буртах, в траншеях, в полиэтиленовых рукавах. Выбор типа силосных сооружений обусловлен, прежде всего, количеством одновременно закладываемой массы и продолжительностью закладки, потребностью хозяйства в силосованном корме в зависимости от количества имеющегося скота, суточных норм скармливания и продолжительности кормления животных силосом. Однако конструкции силосохранилищ имеются существенные недостатки в герметизации, уплотнении, в заложении зеленой массы и выемке продукта.
Многие специализированные издания отмечают, что основными достоинствами технологии силосования в железобетонной траншее являются: организованное отведение выделяющегося в процессе силосования сока за счёт предварительно сформированных уклонов при укладке плит; сохранение высокой производительности при заложении силосной массы и возможности многократного использования силосохранилища.
Согласно тем же литературным источникам к основным недостаткам технологии силосования в железобетонной траншее следует отнести: потери при заготовке и хранении силоса, которые составляют приблизительно 40% и складываются из потерь на приготовление и хранение силоса в траншеях, на угар силосной массы, потерь от замокання за счет осадков между стеной и кормом; потерь от вторичной ферментации; отсутствие синхронного выполнения технологических операций по укладке и трамбовке силосной массы; невозможность получения качественного силоса (не выше 2-го класса); нет возможности для дальнейшего использования сока, выделяющегося при силосовании; большие затраты при раскрытии траншеи и выемке силоса.
С развитием современных технологий и знакомством с технологиями западных аграриев представилось возможным силосование в полиэтиленовых рукавах. Преимущества этого способа хранения заключаются в том, что потери питательных веществ корма составляют приблизительно 5 -^ 7% за счет высокой степени уплотнения зеленой массы внутри мешка, которая достигается с помощью специальных машин - силосопрессов.
Недостатками способа приготовления и хранения силоса в рукавах являются следующие: значительная зависимость от иностранного производителя и высокая стоимость оборудования и материалов; невозможность повторного использования рукавов; их разрывы в результате интенсивного газообразования при силосовании, при повреждении грызунами; сложности при утилизации пленки; необходимость в специальной площадке с твердым покрытием; давление сырья на стенки рукавов должно быть максимально допустимым, чтобы избежать «горбатых» и «кривых» мешков. При этом обязательно следует согласовывать степень поступления консервантов с интенсивностью наполнения мешков. В результате, все эти недостатки сказываются на качестве сохраняемого силоса, на количестве потерь силосуемой массы.
Существующие технологии производства силосованных кормов значительно увеличивают затраты на приготовление и хранение единицы продукции. В связи с этим развитие материально-технической базы производства силосованных кормов возможно только на основе новых знаний и технических решений, позволяющих создавать технологически эффективные комплексы.
Поэтому разработка усовершенствованных технологий приготовления силоса, а также средств для его хранения является актуальной задачей.
В нашей работе предложено использовать систему, имеющую качественную герметизацию, устройства для откачки воздуха и удаления газо - жидкостной среды, а также имеется возможность вакуумирования для сохранения отличного качества корма при длительном хранении.
Степень разработанности проблемы. Огромный вклад в решение вопросов по усовершенствованию технологии силосования, использованию современных средств герметизации хранилищ, увеличению сроков хранения кормовых смесей внесли такие исследователи, как В.И. Авраменко, Р.А. Галлямов, В.Ф. Некрашевич Ф.С. Хазиахметов, С.Н. Хохрин, Б.Г. Шарифянов, и другие ученые. Наиболее значимыми являются научные разработки ученых Германии (X. Гибельхауен, X. Гинапп, Д. Шпаар), и Республики Беларуси (В. Шлапунов).
Несмотря на значительную проработку проблемы силосования кормовых культур с использованием различных технологий и оборудования, по-прежнему остаются малоисследованными вопросы улучшения герметизации хранилищ, сохранности отличного качества корма при длительном хранении без отходов, использовании при хранении вакуумирования.
Все вышеизложенное предопределило цель и задачи, положенные в основу диссертационного исследования.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является повышение эффективности процесса приготовления и качества силосованных кормов сельскохозяйственным животным за счет совершенствования технологии силосования и последующего хранения с использованием универсальных вакуумированных контейнеров многоразового использования.
Реализация поставленной цели потребовала решения ряда задач, отражающих логику исследования:
- провести исследование физико - механических характеристик кукурузной
массы, используемой в качестве сырья для получения силоса;
- разработать модель функционирования технологической линии приготовления
силосованного корма для сельскохозяйственных животных с его хранением в
вакуумированных контейнерах многоразового использования;
разработать конструктивно-технологическую схему универсального вакуумированного контейнера многоразового использования;
- теоретически и экспериментально обосновать параметры и режимы работы универсального вакуумированного контейнера многоразового использования;
провести производственную проверку и оценить экономическую эффективность приготовления силоса в вакуумированных контейнерах.
Предмет, объект и информационно-эмпирическая база исследования.
Предметом исследования является выявление закономерностей процесса приготовления и хранения силоса в универсальных вакуумированных контейнерах многоразового использования.
Объект исследования - технологический процесс приготовления и хранения силосованного корма в вакуумированных контейнерах многоразового использования.
Информационно-эмпирическая база исследования формировалась на основе совокупности статистических данных о развитии материально-технической базы сельского хозяйства, экспертных оценок руководителей и специалистов, работающих в аграрной сфере, материалов личных наблюдений.
Методология и методы исследования. В диссертационной работе аналитическое и теоретическое исследование процесса приготовления и хранения корма в вакуумированном контейнере выполнено на основе математического
моделирования с использованием дифференциальных уравнений, а также с прменением программного комплекса Structure CAD 11.3. Проведение экспериментальных исследований в лабораторных условиях осуществлялось с помощью стандартных и оригинальных методик с использованием теории планирования эксперимента. Обработка результатов экспериментальных данных проводилась с использованием методов математической статистики с использованием программ Statistika 8.0, MS Excel, Mashcad 14. Экономическая эффективность предлагаемых разработок определялась по стандартной методике для научно-исследовательских работ.
Научная новизна диссертационного исследования. В диссертации получен ряд положений, отличающихся научной новизной и заключающихся:
- в разработке технологии, включающей заготовку зеленой массы (на примере
кукурузы), уплотнение в контейнере с отводом части сока, герметизацию,
молочнокислое брожение, повторный отвод сока и вакуумирование силоса для
длительного хранения;
- в разработке конструкции и обосновании параметров контейнера для
выполнения предложенной технологии силосования и хранения силосованного корма;
- в разработке аналитического метода расчета параметров контейнера с учетом
изменения температурного режима, происходящего в контейнере, позволяющего
определять степень загрузки, величину создаваемого вакуума внутри контейнера и
необходимую толщину элементов конструкции.
Новизна предложенных технологических и технических решений подтверждена патентами на полезную модель №129768 «Устройство для силосования кормов», №130783 «Установка для приготовления и хранения силоса».
Теоретическая и практическая значимость. По результатам исследований разработан, изготовлен и испытан в лабораторных и производственных условиях опытный образец универсального контейнера многоразового использования.
Разработанные технология и контейнер для приготовления и хранения силоса с использованием вакуумирования позволяют осуществлять силосование зеленой кукурузной массы с дальнейшим хранением длительное времени с получением силоса первого класса по качеству.
Научные результаты, выносимые на защиту:
На защиту выносятся:
модель функционирования линии по приготовлению силосованных кормов с использованием вакуумированных контейнеров для приготовления, и хранения силоса.
конструктивно-технологическая схема вакуумированного контейнера;
результаты теоретического и экспериментального обоснования параметров и режимов работы контейнера для приготовления и хранения силоса;
- результаты производственных испытаний и экономических расчетов
использования вакуумированных контейнеров для производства и хранения силоса.
Реализация результатов исследований. Производственный образец испытан в животноводческом комплексе ООО «Путь Ленина», который находится на территории села «Плахино» Захаровского района Рязанской области. Кроме того, полученные результаты используются в учебном процессе при чтении курса лекций по дисциплине «Механизация животноводства» на инженерном факультете ФГБОУ ВПО Рязанский ГАТУ имени В.П. Костычева.
Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций, предложенных в диссертации, подтверждается результатами лабораторных исследований, полученных с использованием современных измерительных устройств, при достаточном количестве повторяемости опытов, обработкой полученных данных с
использованием методов математической статистики. Результаты теоретических исследований достаточно хорошо согласуются с экспериментальными данными.
Соответствие темы диссертации требованиям Паспорта специальностей ВАК (технические науки). Предметная область диссертационного исследования находится в рамках Паспорта специальности ВАК 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства, в пределах раздела 2. Разработка теории и методов технологического воздействия на среду и объекты (почва, растение, животное, зерно, молоко и др.) сельскохозяйственного производства и раздела 7. Разработка методов оптимизации конструкционных параметров и режимов работы технических систем и средств в растениеводстве, и животноводстве по критериям эффективности и ресурсосбережения технологических процессов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на следующих научно-технических конференциях и семинарах:
1. на X межвузовской научно-технической конференции студентов, молодых
ученых и специалистов «Новые технологии в учебном процессе и производстве», -
Рязань: РИ (ф) МГОУ имени B.C. Черномырдина 25 апреля 2012г;
2. the «14-th International Conference on Computing in Civil and Building
Engineering» Moscow, 27 - 29 June 2012;
-
на XI - ой межвузовской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов «Новые технологии в учебном процессе и производстве», - Рязань: РИ (ф) МГОУ имени B.C. Черномырдина, 22 апреля 2013г;
-
на 64 Международной научно - практической конференции «Научные приоритеты АПК: инновационные достижения, проблемы, перспективы развития», -Рязань, 13 мая 2013 г;
-
на XI Международной заочной научно-практической конференции «Научная дискуссия: вопросы технических наук», - Москва: 27 июня 2013г;
-
на II Международной научно-практической конференции «Теоретические и практические проблемы развития современной науки», - Москва: 30 июня 2013 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ объемом 2.33 п.л., в том числе авторских - 1.52 п.л., из которых 4 - в изданиях, определенных ВАК, получено два патента РФ на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 116 наименований и приложений. Работа изложена на 171 страницах, содержит 56 рисунков, 6 таблиц, 21 приложение.