Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние механизации и исследований по проблеме приготовления и раздачи кормовых смесей крупному рогатому скоту. постановка проблемы, цель и задачи исследований 13
1.1 Эффективность кормления животных полнорационными кормовыми смесями 13
1.2 Существующие технологии приготовления и раздачи кормовых смесей на фермах крупного рогатого скота и их анализ . 19
1.3 Технологии и средства механизации подготовки сочных кормов к скармливанию крупному рогатому скоту и их анализ 23
1.3.1 Характеристика сочных кормов и технологические схемы их подготовки к скармливанию 23
1.3.2 Конструктивно-технологические схемы питателей кормовых компонентов и их анализ 26
1.3.3 Технические средства, применяемые для измельчения сочных кормов и их анализ 35
1.3.4 Классификация бункерных раздатчиков-смесителей и анализ их рабочих органов 53
1.3.5 Анализ технологических схем заполнения емкости бункера раздатчика-смесителя 60
1.4 Обзор научных исследований процессов подачи, измельчения, смеши вания и дозированной выдачи кормов 64
1.4.1 Обзор научных исследований по изучению процесса подачи кормовых продуктов 64
1.4.2 Обзор научных исследований по изучению процесса измельчения плодов 68
1.5 Обзор и анализ научных исследований рабочего процесса бункерных раздатчиков-смесителей . 71
1.5.1 Обзор и анализ научных исследований процесса отделения и смешивания кормов бункерными раздатчиками 71
1.5.2 Обзор научных исследований процесса дозированной выдачи кормов бункерными раздатчиками . 74
1.6 Анализ существующих методов оценки качества смесей 78
1.7 Постановка проблемы. Цель и задачи исследования 80
2 Теоретические основы повышения эффективности процесса механизированного кормления крупного рогатого скотакормовыми смесями 85
2.1 Обоснование экономико - математической модели оценки эффективности механизированного кормления крупного рогатого скота кормовыми смесями 85
2.2 Теоретические основы повышения эффективности процесса дискретной подачи плодов условно шарообразной формы 97
2.3 Теоретические основы повышения эффективности процесса измельчения продуктов в виде плодов бахчевых культур и кочанов капусты 104
2.4 Теоретические аспекты по оценке процесса заполнения бункера мобильного раздатчика кормовым продуктом 131
2.4.1 Теоретические предпосылки к оценке качества формирования кормового монолита в бункере мобильного раздатчика 134
2.4.2 Теоретические предпосылки к оценке влияния способа и параметров формирования кормового монолита в бункере мобильного раздатчика-смесителя на его смешивающую способность 144
2.5 Теоретические аспекты по обоснованию параметров процесса отделя-юще - смешивающего органа раздатчика 154
2.5.1 Обоснование затрат мощности на осуществление процессов отделения и смешивания кормов битером 167
3 Программа и методика экспериментальных исследований 171
3.1 Задачи экспериментальных исследований 171
3.2 Описание экспериментального комплекса по проведению исследований 172
3.3 Описание экспериментальной установки по изучению процессов подачи и измельчения плодов 173
3.4 Описание экспериментальной установки по изучению процессов заполнения бункера и смешивания кормов раздатчиком 175
3.5 Методика проведения экспериментальных исследований 180
3.5.1 Общая методика исследований 180
3.5.2 Методика определения физико-механических свойств кормов 183
3.5.3 Методика определения неравномерности заполнения бункера кормом и формирования кормового монолита 184
3.5.4 Методика определения неравномерности плотности корма по длине монолита 186
3.5.5 Методика определения однородности смеси, выбора массы, количества проб и неравномерности выдачи корма 188
3.6 Методика определения оптимальных конструктивно-режимных параметров отделяюще-смешивающих рабочих органов 191
3.7 Методика обработки опытных данных 193
4 Результаты экспериментальных исследований и их анализ 192
4.1 Определение физико-механических свойств кормовых компонентов 193
4.2 Обоснование параметров питателя плодов тыквы 200
4.3 Обоснование параметров процесса измельчения плодов тыквы дисковым измельчителем 201
4.4 Обоснование параметров процесса заполнения бункера мобильного раздатчика-смесителя 209
4.5 Влияние длины частиц на однородность получаемой смеси. 216
4.6 Определение конструктивно - режимных параметров отделяюще-смешивающего органа раздатчика-смесителя 217
4.6.1 Результаты экспериментального отсеяния факторов 217
4.6.2 Получение математических моделей, описывающих процессы смешивания компонентов и дозирования кормовой смеси 218
4.7 Результаты исследования подачи и потребной мощности раздатчика-смесителя 220
4.8 Результаты исследований оценочных показателей работы раздатчика-смесителя от его параметров. 223
5 Производственная проверка результатов исследований и их экономическая эффективность 229
5.1 Условия проведения производственной проверки результатов исследований 229
5.2 Результаты производственной проверки предложенных технологических и технических решений 231
5.3 Определение экономической эффективности результатов исследований 232
5.4 Методика расчета параметров технологической линии и оборудования по приготовлению и раздаче кормовых смесей 240
5.4.1 Методика расчета питателя плодов 243
5.4.2 Методика расчета параметров измельчителя плодов 244
5.4.3 Методика расчета параметров процесса заполнения бункера раздатчика-смесителя 244
5.4.4 Методика расчета параметров бункерного раздатчика кормов 248
5.4.5 Параметры линии приготовления и раздачи крмовых смесей при различных вариантах её использования . 248
Заключение . 256
Список литературы 260
Приложения. 295
- Характеристика сочных кормов и технологические схемы их подготовки к скармливанию
- Теоретические аспекты по оценке процесса заполнения бункера мобильного раздатчика кормовым продуктом
- Обоснование параметров процесса измельчения плодов тыквы дисковым измельчителем
- Методика расчета параметров технологической линии и оборудования по приготовлению и раздаче кормовых смесей
Введение к работе
Актуальность и степень разработанности проблемы исследования.
Главная цель развития сельского хозяйства на ближайшее время и отдаленную перспективу - обеспечить продовольственную независимость России и повысить конкурентоспособность отечественной сельхозпродукции на внутреннем и внешнем рынках в связи со вступлением нашей страны в ВТО. При этом особое внимание уделяется развитию животноводства. Планируется довести к 2020 г. производство мяса скота и птиц до 14,07 млн. тонн, а производство молока до 38,2 млн. тонн. Решение поставленных задач будет во многом определяться за счет совершенствования производственных процессов по приготовлению и раздачи кормовых смесей животным с минимальными затратами труда и средств.
Полноценное кормление животных предусматривает выдачу многокомпонентных кормовых смесей в соответствии с их физиологическими потребностями. Наибольшее значение в питании жвачных животных имеют сахара, крахмал и витамины, связанные с регулированием обмена веществ в организме животных.
Важнейшими источниками сахаров и витаминов являются бахчевые культуры (плоды тыквы, арбуз кормовой, кабачки, патиссоны), а также капуста, так как обладают хорошими вкусовыми достоинствами, охотно поедаются животными, обладают диетическими свойствами и представляют особую кормовую ценность для крупного рогатого скота (КРС).
Проведенный анализ существующих технологических схем, принципов и условий работы технологических линий приготовления и выдачи крупному рогатому скоту кормовых смесей на основе стебельных и сочных кормов показывает, что наряду с их низкой функциональной надежностью, обусловленной сложной структурой, высокой металлоемкостью и энергоемкостью, имеет место невозможность получения с их помощью кормовых смесей, содержащих углеводисто-витаминный компонент в виде тыквы и др. бахчевых культур, а также крупнокочанной капусты в соответствующей зоотехническим требованиям физической форме и композициях, заданного состава и свойств. Плоды тыквы и других бахчевых культур, а также кочаны капусты, из-за своих больших размеров и специфической формы, практически не могут быть подвергнуты механической обработке и раздаче с помощью серийно выпускаемых машин и, потому, как правило, скармливаются животным в неподготовленном виде и в малых объемах.
Все это, в конечном итоге, не обеспечивает высокой эффективности функционирования системы механизированного кормления животных.
В этой связи, проблема повышения эффективности функционирования процессов и средств механизации кормления КРС кормовыми смесями с ис-
пользованием углеводисто-витаминного компонента в виде тыквы и других бахчевых культур, а также капусты, в соответствующих зоотехническим требованиям физической форме и композициях с заданными составом и свойствами – актуальна и имеет важное народнохозяйственное значение.
Цель и задачи исследований. Целью исследования является повышение эффективности процессов в системе механизированного кормления крупного рогатого скота, путем разработки технологии и средств механизации по приготовлению кормовых смесей заданного состава и свойств.
Для решения данной цели определены следующие задачи исследования:
обосновать перспективные направления по разработке новых и совершенствованию существующих процессов и технических средств в системе механизированного кормления КРС;
разработать экономико-математическую модель оценки эффективности функционирования технологических линий приготовления и выдачи кормовых смесей КРС;
провести теоретические и экспериментальные исследования по обоснованию оптимальных технологических, конструктивных и режимных параметров процессов и технических средств линий механизированного кормления КРС кормовыми смесями с углеводисто-витаминным компонентом в виде тыквы, бахчевых культур и кочанов капусты;
- разработать методику расчета параметров машин технологической
линии приготовления кормовых смесей КРС;
- оценить технико-экономическую эффективность основных результа
тов исследований и разработать рекомендации по их использованию.
Научную новизну работы составляют:
1. Новые положения, основанные на принципах системного анализа
потоков как трансформирующейся системы в производственных процессах
механизированного кормления животных, обеспечивающие получение каче
ственных кормовых смесей с использованием углеводисто-витаминного ком
понента;
-
Закономерности влияния состава, структуры и параметров технологических линий и технических средств для приготовления смесей на показатели эффективности их функционирования, на основе чего предложены новые варианты технологической компоновки их элементов в линиях приготовлений и раздачи кормосмесей, позволяющих использовать плоды бахчевых культур, капусты и т.д., обеспечивающие снижение энергозатрат и получение продукта, соответствующего зоотехническим требованиям;
-
Экономико-математическая модель оценки эффективности функционирования линии приготовления и выдачи кормовых смесей, позволяющая
на стадии проектирования линий, учитывать как материальные и трудовые затраты, так и эффект от использования углеводно-витаминного компонента.
С учетом этого определена структурная схема процесса механизированного кормления животных, позволяющая оценить степень влияния факторов на качественные показатели процессов подачи кормового сырья, его измельчения и получения на его основе бинарных композиций, заполнения её бункера раздатчика кормов и выдачи в кормушки животным на любой из стадий приготовления кормовой смеси;
4. Теоретические основы процессов:
дискретной подачи и измельчения условно шарообразных плодов с широким диапазоном размерных и массовых характеристик в подсистеме «питатель-измельчитель дискового типа», позволяющие обоснованно управлять потоками в системе механизированного вида;
получения бинарных композиций в двухкамерном измельчителе дискового типа, путем реализации способа снятия стружки с вращающего вокруг своей оси «условно-шарообразного» плода;
-выравнивания колебаний качественного и количественного состава кормового потока путем его трансформации в процессе заполнения бункера раздатчика и выгрузки из него;
5. Математические модели, на основании которых обоснованы опти
мальные значения параметров процессов дискретной подачи компонентов,
получения однородных бинарных кормовых композиций-смесей равномер
ного заполнения бункера раздатчика путем условно-послойной загрузки, а
также равномерной выдачи кормовой смеси с однородностью не ниже требу
емой.
Новизна технологических и технических решений подтверждена 5 авторскими свидетельствами и 3 патентами на изобретения.
Теоретическая и практическая значимость работы. Разработаны новые технологические и технические решения, позволяющие эффективно реализовывать различные варианты приготовления и раздачи кормовых смесей с использованием тыквенного и других кормовых компонентов, обладающих высокой биологической ценностью. Получены аналитические зависимости для проведения инженерных и технологических расчетов, на основе которых разработана методика расчета параметров оборудования технологической линии приготовления и раздачи кормовых смесей крупному рогатому скоту. Предложена базовая конструктивно-технологическая схема линии приготовления и раздачи кормосмесей и на основе 7 вариантов, которые включают в себя питатели - дозаторы кормовых компонентов, измельчитель плодов, бункерный раздатчик, обеспечивающие высокие качественные показатели работы при меньших материальных, трудовых и энергетических затратах. Результаты исследований используются проектными организациями
при разработке кормоприготовительных и кормораздающих машин, образовательными учреждениями в учебном процессе.
Методология и методы исследований. Объектом исследований является технологический процесс приготовления и раздачи кормовых смесей как трансформирующаяся потоковая система.
Общей методологической основой исследований являлось использование системного подхода, обеспечивающего рассмотрение процесса механизированного кормления с учетом реальных взаимосвязей системных параметров. В теоретических исследованиях использованы методы и законы механики, математики, теории вероятностей, математического моделирования. В экспериментальных исследованиях применялись методы планирования многофакторного эксперимента. Анализ полученного материала осуществлялся с использованием методов математической статистики.
Положения, выносимые на защиту:
экономико - математическая модель оценки процессов приготовления и раздачи смесей в системе механизированного кормления крупного рогатого скота;
зависимости процесса выравнивания колебаний качественного и количественного состава при дискретной подаче условно шарообразных плодов и получении бинарных композиций в подсистеме «питательизмельчитель дискового типа»;
- закономерности выравнивания колебаний качественного и количе
ственного состава кормового потока путем его трансформации в подсистеме
«бункер мобильного раздатчика с принудительной подачей монолита
кормоотделяющие органы»;
экспериментально полученные математические модели по обоснованию оптимальных значений параметров в разработанных подсистемах «питатель измельчитель дискового типа» и «бункер мобильного раздатчика с принудительной подачей монолитакормоотделяющие органы»;
разработанный комплекс технологических и технических решений, направленных на повышение эффективности работы системы механизированного кормления крупного рогатого скота.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных данных подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также показателями, полученными в реальных условиях эксплуатации разработанных машин.
Научные исследования проводилась в период с 1992 по 2013 гг. в рамках государственной программы по теме «Система технологий и машин для животноводства Амурской области» (№ госрегистрации: РК 0120.0 503 562), выполняемой ФГБОУ ВПО Дальневосточный государственный аграрный
университет (до 1994 года Благовещенский сельскохозяйственный институт), а также на основе выполнения хоздоговорных и инициативных НИОКР.
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены
на научных конференциях БСХИ и ДальГАУ (с 1987 по 2014 гг.), Саратов
ского ордена «Знак Почета» ГАУ (1988, 1991 гг.), научно-практических кон
ференциях ДальНИПТИМЭСХа и ДальНИИМЭСХа (1990, 1991, 2013 гг.),
межкафедральных заседаниях ДальГАУ (1997, 2002, 2013 гг.), Санкт-
Петербургского ГАУ (1997 и 2002 гг.), международной научно-практической
конференции (Кокшетауский ГУ, Казахстан, 2012), научно-
методологических советах СибИМЭ (2005, 2013 гг.) и в министерстве сельского хозяйства (департаменте АПК) Амурской области (2006, 2014 гг.). Разработанный на основании проведенных исследований малогабаритный мобильный агрегат для малых ферм отмечен второй премией в конкурсе, объявленном Министерством сельского хозяйства и продовольствия РФ в 1990 г.
По результатам исследований опубликовано – 50 печатных работ, в т.ч. 11 статей в изданиях ВАК Минобрнауки РФ, издана монография, 2 брошюры с рекомендациями производству, получено 5 авторских свидетельств и 3 патента РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссертации составляет 352 страниц, в том числе 259 страниц машинописного текста, 38 таблиц, 89 иллюстраций, 28 приложений, список литературы из 399 наименований.
Характеристика сочных кормов и технологические схемы их подготовки к скармливанию
Основными представителями сочных кормов являются: свекла, картофель, куузику, бахчевые (тыква, арбуз, кабачки и др.), а также капуста.
Свекла кормовая содержит от 9 до 14% сухих веществ, которые в основном представлены углеводами (сахар и пектиновые вещества). Питательность 1 кг составляет в среднем 0,12 корм. ед., 0,5 г. фосфора 0,5 г кальция. Крупному рогатому скоту включается в рацион следующее количество: стельным коровам – 5-7 кг, дойным от 8 до 25 кг, или 0,6-0,8 кг на 1 л. молока, молодняку КРС от 1,0 до 12 кг. В свекле практически отсутствует каротин.
Картофель – переваримость составляет 87%. Туберин – основной белок картофеля, отличается высокой биологической активностью. Питательность 1 кг картофеля - 0,31 кормовых единиц, 14 г переваримого протеина, 0,2 г кальция, 0,9 г фосфора. Молочным коровам дают до 25 кг на голову в сутки, скоту на откорме 30 кг. Пригоден для кормления после тепловой обработки в виде варки в воде или на пару.
Куузику - гибрид брюквы с кормовой капустой. Дает урожай корней 80-90 т/га. Питательность куузику составляет 0,11 к.ед., содержит на 1 кг -7 г переваримого протеина, углеводов - до 12% (в основном сахара - 500-700г/кг и пектиновые вещества), 0,2 г кальция, 0,4 г фосфора. Коровам куузику скармливают в объеме до 20 кг. Как и в свекле отсутствует каротин.
Плоды бахчевых и капуста содержит 92% и более воды. Переваримость доходит до 72%. Так, питательность 1 кг тыквы 0,07 к. ед., содержится 7 г переваримого протеина, углеводов - 500 г/кг, 0,3 г кальция, 0,4 г фосфора и 15 мг каротина. Имеются сорта витаминной тыквы, содержащие 40-70 мг каротина.
Мониторинг цен, проводимый Министерством сельского хозяйства Амурской области (http://agroamur.ru/)показывает, что средняя цена на картофель находится в пределах 33-34 рубля/кг, на морковь-54-55 рублей/кг (по данным на 1.12.2013) . Цена плодов тыквы кормовой не превышает 15 рублей/кг, что говорит о хорошей перспективе возделывания последней для нужд кормовой отрасли области.
Качество и питательная ценность корнеклубнеплодов и тыквы во многом связаны с условиями их хранения и подготовкой к скармливанию. Анализ технологических схем подготовки плодов тыквы и корнеклубнеплодов показывает, что во всех трех вариантах обработки исходного сырья присутствует прием, мойка и соответственно подача на подготовку и обработку. При этом по варианту 4 фактически отсутствуют технические и технологические решения. Так, все операции по обработке и подготовке плодов тыквы к скармливанию осуществляются вручную.
В этой связи решение вопросов по механизации подготовки плодов бахчевых культур и капусты к скармливанию является актуальной проблемой, требующей своего решения.
Линии приготовления кормосмесей для КРС на основе сочных (силоса, ККП, тыквы), грубых (сено, солома, искусственно высушенная травяная резка) и концентрированных кормов должны отвечать определенным зоотехническим требованиям, в том числе по точности дозирования компонентов.
В качестве питателей (питателей – дозаторов) кормовых компонентов выступает как серийно выпускаемое оборудование, так и выполненное силами хозяйств.
Технология приготовления рассыпных кормосмесей влажностью 75-80% включает следующие операции: мойку ККП, предварительное измельчение грубых кормов и силоса, дозирование и смешивание.
При подаче отдельных компонентов в смеситель необходимо обеспечить их дозирование в следующих пределах: для концентрированных кормов отклонение от заданной нормы должно быть не более 5%, для стебельных-15%, для минеральных добавок-1%.
В кормоцехах нашли применение различные по конструкции и устройству питатели кормовых компонентов. В большинстве их заложен принцип объемного дозирования.
Линия измельчения соломы ЛИС-3 обеспечивает измельчение соломы и сена в тюках, рулонах и россыпью и включает питатель-загрузчик кормов, транспортер-дозатор, измельчителя-смесителя и электрооборудование (рисунок 1.1). Грубые корма самосвальным транспортом загружаются в питатель-загрузчик кормов, где предварительно измельчаются и поступают на транспортер-дозатор. Далее материал через отделитель камней и металлических примесей попадает в измельчитель-смеситель ИСК-3. Измельченная масса загрузочным транспортером подается в накопитель или транспортное средство.
Общий вид линии измельчения соломы ЛИС-3: 1-питатель-загрузчик ЛИС-01; 2-электрошкаф; 3-транспортер; 4-измельчитель-смеситель ИСК-3
Мойка-измельчитель ИКС-5М предназначена для мытья и измельчения корне-и клубнеплодов и подачи их в накопители или транспортные средства. Эта машина разработана в двух модификациях: 1 вариант - с открытым бункером; 2 вариант – с закрытым. Состоит из бункера, шнекового транспортера, ванны, системы мойки и измельчителя.
Загрузочный бункер в I варианте имеет ширину открытой части 2,5 м и вместимость 3 м3, что позволяет загружать его автосамосвалом. Во 2 варианте бункер вместимостью 0,6 м3 рассчитан для загрузки транспортером-питателем ТК-5 или ТК-5Б. Ванна представляет собой металлическую емкость, в боковых стенках которой имеются люки для спуска воды. В верхней части ванны размещены сетка и фильтр для очистки воды, которая засасывается центробежным насосом.
Шнековый транспортер состоит из кожуха и шнека. Шнек имеет угол наклона 45, диаметр 400 мм и длину 3290 мм. Шнековый транспортер приводится от электродвигателя мощностью 1,5 кВт. Ротор измельчителя включает вал, набор дисков и осей с молотками. Ротор измельчителя приводится от электродвиaгателя мощностью 7,5 кВт через клиноременную передачу.
Для наилучшей работы мойки уровень воды в ванне должен быть не ниже 180 - 200 мм от верхней кромки, а количество корнеплодов — 0,35 — 0,4 т. Это условие нужно учитывать при использовании ИКС-5М в поточных линиях кормоцехов.
Измельчитель - камнеуловителъ ИКМ-5 предназначен для очистки от камней, для мытья, измельчения корне- и клубнеплодов и подачи их в накопители-дозаторы или транспортные средства. ИКМ-5 имеет два режима частоты вращения диска (500 и 1000 мин-1) для изменения степени измельчения кормов соответственно для крупного рогатого скота и свиней. Состоит из ванны, подъемного шнека, измельчителя, скребкового транспортера и электрооборудования.
Скребковый транспортер помещается в кожухе, приваренном под углом 45 к нижней части ванны. Привод транспортера от мотора-редуктора МРА08/63Б.
Шнек служит для мойки и подачи корне- и клубнеплодов из ванны к измельчителю, а также для отделения клубней от камней. В нижней части шнека имеются четыре кронштейна для крепления его к ванне. Трубчатый вал шнека в нижней части на длине около 700 мм не имеет витков и оканчивается крылачом, создающим при работе завихрения воды в ванне. Шнек приводится от электродвигателя мощностью 2,2 кВт.
Измельчитель состоит из литого корпуса и крышки в сборе с переходником, нижнего и верхнего дисков диаметром 400 мм с двумя вертикальными и четырьмя горизонтальными ножами. Диски измельчителя закреплены непосредственно на валу двухскоростного электродвигателя А/02-62-12/6 мощностью 7,5 кВт. Для переработки мерзлых корнеплодов измельчитель комплектуется сменными горизонтальными ножами с зубчатым лезвием.
При осуществлении рабочего процесса вначале открывается вентиль водопровода и наполняется водой моечная ванна. Корнеплоды транспортерами ТК-5Б (ТК-5) подаются в моечную ванну, где они отмываются от земли вихревыми потоками воды, создаваемыми крылачом. Камни опускаются на дно ванны и выгружаются скребковым транспортером. Затем корнеплоды вторично отмываются встречным потоком воды в шнеке и по направляющему кожуху попадают в дробильную камеру, где поступают на верхний диск и режутся горизонтальными ножами в стружку. Затем стружка попадает на средний диск и центробежной силой отбрасывается к неподвижной противорежущей гребенке и вторично измельчается вертикальными ножами. Измельченная масса, проходя между ножами деки, попадает на нижний диск и его лопатками выбрасывается в накопитель или транспортное средство.
Измельчитель ИКМ-5 монтируется на фундамент с подливкой в утепленном отапливаемом помещении. Для поглощения вибрации рекомендуется подклады-вать под основание машины резину толщиной 15 мм.
Теоретические аспекты по оценке процесса заполнения бункера мобильного раздатчика кормовым продуктом
В соответствии с принятой экономико-математической моделью (2.1) и структурной схемой (рисунок 2.4), неравномерность заполнения бункера кормовым продуктом должна стремиться к минимуму
Выполнение данного условия возможно путем реализации способа, при котором подача кормового продукта осуществляется сборным (загрузочным) транспортером в «заднюю» часть бункера мобильного раздатчика, оснащенного подвижной стенкой, с целью формирования в его бункере монолита корма с #6=const и ре= const (рисунок 2.16). А
Схема загрузки бункера раздатчика-смесителя наклонными слоями с помощью подающего транспортера: 1 - загрузочный транспортер; 2 - делитель потока; 3 - бункер; 4 - подающий транспортер
Процесс заполнения бункера мобильного раздатчика происходит следующим образом. Подача комового продукта осуществляется сборным транспортером в его заднюю часть. При достижении высоты первичного конуса, равной высоте бункера, в работу включается подающий транспортер и дальнейшее послойное заполнение происходит за счет движения подающего транспортера с формируемым монолитом и подвижной стенкой. При достижении кормовым монолитом (подвижной стенки) блока битеров привод подающего и загрузочного транспортеров выключаются. Для настройки раздатчика-смесителя на заданный режим работы (скорость движения подающего транспортера) в зависимости от количества поступающего в его бункер корма разработана номограмма [75].
Процесс «послойного» заполнения бункера раздатчика, путем принудительной подачи формируемого кормового монолита к противоположным битерам, согласно принятой схеме, характеризуется «сжатием» потока подачи - q от сборного (загрузочного) транспортера. Степень такого «сжатия» определяется высотой Нб полезного заполнения бункера и зависит от соотношения скоростей потока подачи корма v3mp и движения подающего транспортера раздатчика vnmp.
Данное условие послойного и равномерного заполнения бункера раздатчика можно представить как где YuQm – массовая подача кормовых компонентов питателями, кг/с; В и Нб - ширина и высота бункера; пс - число слоев.
Используя зависимость (2.35), можно оценить равномерность заполнения бункера раздатчик где At3 - продолжительность загрузки бункера (формирования кормового монолита).
Подставляя в данное равенство соответствующие значения и At3 полу чим формируемом монолите; Qnmp - скорость движения подающего транспортера. Расчеты по выражению (2.156) показывают, что 4б=1,5%; При этом для формирования кормового монолита в бункере с Н(L)=const и где Qnm - подача питателя плодов, например тыквы; Qnc - подача питателя, например силоса; QnzK - подача питателя грубых кормов.
Составляющие выражения (2.160) определяются в зависимости от их массовой доли в рационе, а, принятой кратности кормления к, а также количества обслуживаемых животных Na.
Q YJQ,, = (a + a2q + a3q)Ne , (2.161) где tK - допустимое время кормления животных, обусловленное зоотехниче-скими требованиями, tK Ц1 .
Приведенные выше положения и подходы к формированию кормового монолита в бункере мобильного раздатчика позволяют обосновать данную схему заполнения и дать оценку качественным характеристикам сформированного таким образом кормового монолита.
Бункер мобильного кормораздатчика с принудительной подачей монолита к битерам представляет емкость в виде прямоугольного параллелепипеда. На основании предварительно проведенных исследований было установлено, что после загрузки поверхность кормового монолита в бункере представляет выпуклую поверхность, объективно представляющую поверхность второго порядка. Для решения вопроса об оценке качестве равномерности заполнения такого бункера, введем прямоугольную декартову систему координат xyz (рисунок 2.17).
Обоснование параметров процесса измельчения плодов тыквы дисковым измельчителем
В процессе экспериментальных исследований по процессу подачи тыквы необходимо обосновать высоту установки ограничителей подачи плодов-Нi, установленных поярусно над подающим транспортером питателя, а также установить зависимость скорости подающего транспортера трп питателя от характеристик размеров плодов.
Результаты исследований позволяют заключить, что высота Н1 между полотном подающего транспортера и первым ограничителем (см. рисунок 3.4) должна быть не менее 435 мм.
При этом, высота размещения второго ограничителя должна составлять Н2= Н1+200мм и третьего Н3=Н2+200мм Расстояние между поярусно расположенными ограничителями принимается в пределах минимального диаметра плода 1=2=70мм из условия, обеспечивающего возможность поярусного сдвига плодов относительно друг друга.
Для оценки исследуемого объекта выбрано два критерия оптимизации: в качестве критериев оценки эффективности процессов измельчения и смешивания приняты: Y1 - однородность получаемой композиции силос + тыква к, % и Y2 энергоемкость процесса измельчения плодов тыквы и получения бинарной композиции силос + тыква Nyд, кВт.с/кг [30].
Поисковыми экспериментами определен общий характер функциональной зависимости осуществления процесса измельчения и смешивания продуктов. При этом установлено, что математическая модель не является линейной и может быть описана полиномом второго порядка, который достаточно адекватно отражает процесс измельчения плодов тыквы и смешивания с силосом. Априорным ранжированием выявлено, что на процессы измельчения плодов тыквы и получение бинарной композиции силос + тыква зависит от таких факторов, как: На основе предварительных опытов выбраны интервалы варьирования факторов, соответствующих стационарной области функции откликов к и Nyд (табл. 4.6).
Для оценки исследуемого объекта выбрано два критерия оптимизации: в качестве критериев оценки эффективности процессов измельчения и смешивания приняты: Y1 - однородность получаемой композиции силос + тыква к, % и Y2 энергоемкость процесса измельчения плодов тыквы и получения бинарной композиции силос + тыква Nyд, кВт.с/кг [30].
Поисковыми экспериментами определен общий характер функциональной зависимости осуществления процесса измельчения и смешивания продуктов. При этом установлено, что математическая модель не является линейной и может быть описана полиномом второго порядка, который достаточно адекватно отражает процесс измельчения плодов тыквы и смешивания с силосом. Априорным ранжированием выявлено, что на процессы измельчения плодов тыквы и получение бинарной композиции силос + тыква зависит от таких факторов, как:
Экспериментальные исследования проводились на основании известных методик [65, 107, 224, 225]. Расчетные значения коэффициентов регрессии приведены ниже.
Решение компромиссной задачи позволило определить оптимальные значения параметров предложенного измельчителя - смесителя: =-0,197 (п= 2041 мин 1); JC2=0,065 (s= 57,9 мм); х3=-1 (Л= 20 мм), х4=-\ {к= 2). При данном сочетании факторов, энергоемкость процесса составляет Л =7,88 кВтс/кг, а однородность смеси -0К=93,1%.
Для анализа влияния факторов на процесс смешивания и выгрузки были построены двумерные сечения поверхностей откликов, описываемых уравнениями 4.1 и 4.2 при «=2040,9 об/мин. (рис. 3.5); при =57,925 мм (рис. 3.6); при h=20 мм (рис. 3.7); при к=2 (рис. 3.8).
Снижение частоты вращения лопастей до 2000 об/мин приводит к увеличению мощности на 24,7%, при этом однородность смеси уменьшится на 1%. При частоте вращения вала в пределах от 2040 до 2080 мин"1 удельный расход энергии на смешивание составит 7,88-8,815кВт с/кг.
Изменение величины зазора между диском и стенкой бункера также оказывает большое влияние на энергоемкость и однородность смеси.
Результаты исследований физико-механических свойств стебельных кормов предоставлены на рисунках 4.9 и 4.10.
Можно заключить, что величина плотности в большей степени зависит от фактора влажности, чем от средней длины частиц 1ср.
Для установления характеристики поверхности и равномерности распределения корма по объему кормового монолита в бункере был проведен семикратный опыт по заполнению бункера. Ширина бункера размером 1680 мм была разбита на шесть равных частей длиной 1680:6=280 мм каждая. Длина бункера размером 2900 мм была разбита на десять равных частей длиной 2900:10=290 мм каждая (рисунок 2.17). В точках пересечения семи линий параллельных оси у (одинаково удаленных на расстоянии 280 мм) и десяти параллельных оси х (одинаково удаленных на расстоянии 290 мм) отмечались координаты ху. Причем координата х имела значения Координата у имела значения
В вышеуказанных точках пересечения координат х и у производился замер высоты поверхности заполнения бункера кормовой смесью.
Методика расчета параметров технологической линии и оборудования по приготовлению и раздаче кормовых смесей
Результаты проведенных исследований (как пример для тыквы) позволяют заключить, что высота Н1 между полотном подающего транспортера и первым ограничителем (см. рис. 4.4) должна быть не менее 435 мм.
При этом, высота размещения второго ограничителя должна составлять Н2= Н1+200мм. и третьего Н3=Н2+200мм. Расстояние между поярусно расположенными ограничителями принимается в пределах минимального диаметра плода 1=2=70мм. из условия, обеспечивающего возможность поярусного сдвига плодов относительно друг друга.
С учетом того, что производительность измельчителя с одной стороны ограничивается производительностью питателей-дозаторов Qis J] Q Qu.,,3. с другой - равна производительности z ножей (QU=QZ) , то расчет конструктивно -режимных параметров осуществляется:
- высота бункера (НбН) по формуле 2.76;
- число ножей z по формуле 2.99;
- вылет ножей над диском, длина ножей и частота вращения вала измельчителя по формуле 2.100.
Согласно принятой схеме послойное заполнение бункера осуществляется с помощью подающего транспортера раздатчика-смесителя.
Рисунок – 5.3 Схема к обоснованию способа загрузки бункера раздатчика-смесителя наклонными слоями с помощью подающего транспортера: 1 - загрузочный транспортер; 2 - делитель потока; 3 - бункер; 4 - подающий транспортер
Она состоит из загрузочного транспортера 1, оснащенного делителем потока 2, корм распределяется по ширине бункера. По бункеру корм распределяется с помощью подающего транспортера 4 и храпового механизма, осуществляющего его привод (на схеме не обозначено).
Процесс заполнения бункера мобильного раздатчика происходит следующим образом. Подача комового продукта осуществляется сборным транспортером в его заднюю часть.
При достижении высоты первичного конуса, равной высоте бункера, в работу включается подающий транспортер и дальнейшее послойное заполнение происходит за счет движения подающего транспортера с формируемым монолитом и поперечной перегородки-стенки бункера. При достижении кормовым монолита блока битеров привод подающего и загрузочного транспортеров выключаются. Для настройки раздатчика-смесителя на заданный режим работы (скорость движения подающего транспортера) в зависимости от количества поступающего в его бункер корма разработана номограмма (рис. 5. 4) [74].
В соответствии с номограммой необходимо знать высоту Н кормового монолита, который следует сформировать в бункере раздатчика. Она зависит от разовой нормы выдачи кормовой смеси q, N - количества животных, которое необходимо обслужить за один цикл раздачи и плотности кормового продукта . Высота кормового монолита определяется по номограмме, представленной на рисунке 5. 4 а. Ключ пользования номограммой показан на рисунке стрелками.
В зависимости от полученной высоты Н, известной подачи загрузочно- го транспортера и плотности загружаемого продукта определяют номер деления Z (рисунок 5.4 б) храпового колеса механизма настройки на необходимую скорость движения подающего транспортера раздатчика-смесителя. Ключ пользования номограммой также показан стрелками.
Погрешность определения скорости подающего транспортера по данной номограмме составляет ±10%, что позволяет считать ee пригодной для настройки раздатчика-смесителя в производственных условиях.
Номограмма для определения режима работы раздатчика при его загрузке наклонными слоями; а - номограмма для определения высоты монолита; б - номограмма для определения номера деления на секторе храпового колеса механизма настройки
В основу методики проектирования и расчета раздатчика для ферм КРС положена методика, предложенная д.т.н., профессором В.Г. Кобой. [129, 133].
Согласно этим методикам, вначале определяют суточный расход кормов на обслуживаемое поголовье, кратность кормления животных, способ содержания и другие исходные данные для технологического расчета.
С учетом того, что количество корма в бункере раздатчика должно быть равно или кратно количеству корма, потребного для разового кормления поголовья скота, размещенного в одном ряду помещения, то величина объема бункера определится [129] где V - объем бункера раздатчика, м3; q - норма выдачи корма на одну голову, кг; п - количество скота в одном ряду животноводческого помещения; т - число рядов животных, обслуживаемых при одноразовой загрузке бункера раздатчика; к - коэффициент запаса корма, k=l,05...1,1; р - плотность корма в бункере раздатчика, кг/м3; К3 - коэффициент заполнения бункера, равный 0,8...0,9.
Дальнейший расчет конструктивно-режимных параметров раздатчика производится в следующем порядке:
- полный продольный ход битера, то есть длина перемещения пальца из одного крайнего положения в другое, выражается формулой (2.313);
- подача раздатчика выражается формулой (2.314);
-по формуле (2.321) определяются конструктивные параметры активной части отделяюще-смешивающего битера - высоту пальца, количество пальцев в ряду, число пальцев в ряду, число радов пальцев на битере, угол пальца треугольной формы. Инженерный расчет остальных элементов конструкции проводится по общеизвестным методикам с учетом практического опыта проектирования подобных машин.
