Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 8
1.1. Полнорационные смеси - основа рациональной технологии кормления животных 8
1.2. Классификация и анализ смесителей кормов 16
1.3. Анализ процесса смешивания кормовых материалов 24
1.4. Цель и задачи исследований 35
2. Теоретические исследования процесса смешивания кормов барабанным смесителем 37
2.1. Основные обозначения 37
2.2. Определение начальных значений средних квадратических отклонений 39
2.3. Закон больших чисел и механизм смешивания компонентов смеси ... 41
2.4. Эмпирическая модель эволюции среднего квадратического отклонения концентрации смеси 44
2.5. Определение функциональных параметров модели по результатам экспериментов 53
2.6. Проверка значимости эмпирической модели процесса смешивания.. 57
2.7. Общая организация экспериментальных исследований 63
3. Программа и методика экспериментальных исследований 67
3.1. Программа экспериментальных исследований 67
3.2. Методика лабораторных исследований 67
3.3. Исследование влияния физико-механических свойств кормосмеси и конструктивно-технологических параметров барабанного смесителя на качество смешивания 72
3.4. Методика многофакторного планирования 73
3.5. Методика экспериментальных исследований в производственных условиях 83
3.6. Обработка опытных данных 84
4. Результаты экспериментальных исследований 85
4.1. Результаты исследований влияния физико-механических свойств кормосмеси и конструктивно-технологических параметров барабанного смесителя на качество смешивания 85
4.2. Влияние параметров смесителя на качество смешивания 92
4.3. Результаты производственных исследований 100
4.4. Выводы по разделу 107
5. Технико-экономическая эффективность использования экспериментального барабанного смесителя 108
6. Общие выводы 113
Список используемой литературы 115
Приложения 126
- Полнорационные смеси - основа рациональной технологии кормления животных
- Закон больших чисел и механизм смешивания компонентов смеси
- Методика лабораторных исследований
- Влияние параметров смесителя на качество смешивания
Введение к работе
Крупнейшим резервом повышения продуктивности в животноводстве является применение высокоценных, полнорационных комбинированных кормов. В предыдущие годы в Советском Союзе предпочтение отдавалось централизованным поставкам комбинированных кормов для животноводческих комплексов.
В современных условиях дороговизны комбикормов,
приготавливаемых и реализуемых крупными специализированными заводами, становится актуальным производство их в самих хозяйствах. Технология получения и производительность оборудования определяются видом и числом животных, а также наличием собственной сырьевой базы.
В связи с тем, что стоимость кормов составляет 50% (для КРС) и 70% (для свиней) себестоимости животноводческой продукции, остро стоит проблема удешевления кормовой базы.
Поэтому для приготовления сбалансированных по питательной ценности рассыпных кормосмесеи, уменьшающих перерасход кормов и их потери (за счет ликвидации непоедаемых остатков), большое внимание уделяется смесителям, которые должны обеспечить качественное смешивание компонентов корма в соответствии с предъявляемыми требованиями.
Применяемые конструкции смесителей сыпучих кормов не в полной мере удовлетворяют требованиям, предъявляемым к качеству
приготавливаемых смесей, в связи с многообразием факторов, влияющих на смешивание сыпучих компонентов. Оборудование работает с большими затратами, продолжительное время, с использованием ручного труда при загрузке и выгрузке кормов, что вызывает повышение себестоимости произведенного продукта.
В настоящее время при создании нового поколения смесителей большое внимание уделяется вращающимся смесителям. Преимуществом смесителей данного типа является: сокращение времени при выгрузке корма, полностью автоматизированный цикл очистки камеры, отсутствие застойных зон и трущихся деталей. Имеется возможность комбинировать некоторые типовые процессы, такие как применение пара для тепловой обработки, смешивание любых кормовых материалов, независимо от их формы, смешивание в малых дозах. Самое главное преимущество - простота конструкции смесительного бункера [6, 25, 29, 49, 99].
В связи с этим, разработка и создание барабанного смесителя периодического действия является перспективным направлением.
Настоящая работа выполнена на основе тематического плана, утвержденного Ученым Советом ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» по научно-исследовательской работе: «Разработка проекта создания кормовой базы и сбалансированного кормления» и посвящена повышению качества смешивания кормосмесей барабанным смесителем периодического действия.
7 На основании выполненных исследований на защиту выносятся
следующие научные положения:
математическое описание процесса смешивания с теоретическим обоснованием конструктивных и режимных параметров барабанного смесителя периодического действия;
эмпирические зависимости качества смешивания от конструктивно-режимных параметров барабанного смесителя и физико-механических свойств кормосмеси;
конструкция рабочего органа барабанного смесителя.
Диссертационная работа выполнена в ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» в 1999...2003 годах.
Полнорационные смеси - основа рациональной технологии кормления животных
Сельскохозяйственной наукой доказано, что рациональное кормление скота и птицы является одним из ведущих факторов не только для повышения количества и качества продукции, но и для нормального размножения животных и повышения жизненности маточного поголовья. Важным является дальнейшее углубление представлений о сбалансированном кормлении сельскохозяйственных животных. При этом, кроме ранее учитываемых показателей обеспечиваемости рационов протеином, кальцием, фосфором, каротином, витаминами, большое значение приобретают соотношения всего комплекса незаменимых аминокислот и минеральных веществ.
В условиях интенсивного животноводства, наряду с сокращением затрат труда на кормление, необходимо учитывать физиологию животных, с тем, чтобы их высокая продуктивность достигалась при оптимальном использовании питательных веществ корма.
Зоотехнические предпосылки техники кормления сводятся к тому, чтобы дать животному в течение суток определенное количество грубых, сочных и концентрированных кормов, которые полностью удовлетворяли бы потребность животного в питательных веществах. Причем необходима «комплектность» усвоенных веществ по всем элементам, в том числе и по аминокислотам, высокомолекулярным жирным кислотам, углеводам, витаминам и минеральным веществам, при одновременном и равномерном поступлении их в кровь. Неравномерное и несвоевременное усвоение основных элементов питания ведет к снижению их использования [11,13, 14,31,33]. Современный уровень развития исследований в области кормления скота позволяет довольно точно определить потребности животных в питательных веществах - протеине, углеводах, витаминах, макро- и микроэлементах, ферментах, что дает возможность обеспечить получение высокой продуктивности. Главная задача заключается в обеспечении соответствующих категорий животных, как оптимальным количеством энергии в виде отдельных, не обладающих биологической полноценностью кормов, так и необходимым количеством биологически полноценных веществ. Поэтому весьма важным для качества полнорационных кормосмесеи является соотношение между содержанием в них энергии и белков. Преимущество использования комбикормов перед отдельными компонентами давно доказано. Академик А.П. Калашников [34], анализируя результаты исследований, проведенных в ВИЖе, СибНИПТИЖе, СибНИИСХе, ВНИПТИЭе, Кемеровской, Томской, Пермской опытных станциях и других научных учреждениях, убедительно доказывает целесообразность кормления коров кормосмесями.
Таким образом, практика кормления сельскохозяйственных животных в нашей стране, зарубежный опыт, а также выполненные научные исследования показывают, эффективность использования кормов значительно повышается при скармливании их в виде биологически полноценных смесей, т.е. смесей, сбалансированных по основным питательным веществам и обогащенных необходимыми витаминами, минеральными добавками и другими средствами, повышающими питательные и вкусовые их качества. Такие смеси позволяют повысить продуктивность животных на 10...30% и значительно снизить нормы расходов за счет их лучшей усвояемости. В связи с этим, одним из важных факторов в деле укрепления кормовой базы и повышения продуктивности животных является наиболее рациональное использование кормовых ресурсов за счет повышения питательности и вкусовых качеств кормов путем надлежащей подготовки их к скармливанию [14].
Известно, что комбикорма по своей эффективности стоят значительно выше, чем кормовые рационы из отдельных компонентов. Например, при откорме свиней комбикормом привес увеличился на 16...20%, а время откорма сократилось на 15...20 дней при высоком качестве продукции. Расход корма для получения 1 кг привеса уменьшался на 10...12%. Удои молочного стада повышаются на 10...20% при уменьшении количества питательных веществ на 7...15%. Стоимость молока при этом уменьшается на 9...13%. Для различных видов и возрастов животных и птицы приготавливаются комбикорма по рецептам, утвержденным в установленном порядке. В настоящее время производятся 45 видов различных комбикормов [33]. Рассыпные концентрированные комбикорма являются ценным дополнением к грубым и сочным кормам. Номенклатура сырья для комбикормов весьма большая. В состав комбикорма в зависимости от его назначения входят от 6 до 14 кормовых продуктов. Для его производства используются семена растений, богатых крахмалом и протеином, побочные кормовые продукты, отходы мельнично-крупяных предприятий, элеваторного хозяйства, маслозаводов, крахмально-паточного, сахарного, спиртового и пивоваренного производства, корма животного происхождения, кормовые дрожжи из пищевого сырья, корма растительного происхождения, богатые витаминами и минеральными веществами, сено, солома, минеральные корма, витаминные добавки, микроэлементы, антибиотики и другие обогащающие вещества.
Закон больших чисел и механизм смешивания компонентов смеси
В результате проведенных экспериментов, а также анализа исследований ряда ученых [26, 37, 46, 49, 50, 54, 88] по оценке влияния параметров кормосмеси на качество смешивания было выявлено, что при смешивании сыпучих компонентов большое значение имеют соотношения показателей их плотностей и объемов. Чем это соотношение ближе к единице, тем быстрее и легче происходит процесс. Чем больше выровнены размеры компонентов кормосмеси, тем быстрее получается заданная степень однородности смеси. Значительное различие в размерах и плотности способствует сегрегации частиц.
Опыты выполнялись на конкретной смеси, компоненты которые по своим физико-механическим свойствам имеют примерно равные показатели: dmu \,5...3,5 мм; с1яч=\,4..Амм; т„ш=15...78 г; тяч=20...55 г; /?„ш=0,65...0,76 т/м3; / ,,=0,55...0,75 т/м . Это значит, что их соотношения mJmCp; Рс/рср; djdcp. близки к 1, что способствует улучшению качества смешивания.
Поэтому в ходе предварительных однофакторных экспериментов нами определено, что физико-механические свойства компонентов конкретной кормосмеси не значительно оказывает влияние на качество смешивания. Таким образом, данные показатели не будут нами приниматься во внимание в дальнейших экспериментальных исследованиях, в частности по комплексной оценке влияния факторов на показатели оптимизации. Для подтверждения теоретических исследований по определению параметров и режимов работы смесителя были проведены экспериментальные исследования по разработанной методике (раздел 3.2). Экспериментальные исследования проводились с целью обоснования конструктивно-режимных параметров барабанного смесителя и установления их значений, обеспечивающих заданные пределы варьирования показателей качества кормосмеси. Оценка качества смешивания барабанным смесителем периодического действия осуществлялась путем определения коэффициента вариации v. Результаты лабораторных опытов представлены в виде графических зависимостей (рис. 4.1, 4.2, 4.3, 4.4). Экспериментальное исследование зависимости коэффициента вариации от частоты вращения барабанного смесителя проводилось при изменении коэффициента заполнения барабанной камеры от 0,3 до 0,6, время смешивание не изменялось t=3 мин, Df/Le-0,6 . Частота вращения барабанного смесителя изменялась по следующим значениям: п= 12, 14, 16, 18, 20 мин" . Выбор пределов частоты вращения смесителя определялся поисковыми экспериментами, а также из анализа исследований ряда ученых [8, 29, 37, 41, 54, 59], в ходе которых отмечалось, что дальнейшее уменьшение или увеличение частоты вращения от указанных пределов (п=12...20 мин"1) нарушает ход технологического процесса смешивания. При уменьшении частоты вращения не обеспечивается не обходимое качество смешивания (по зоотехническим требованиям v=15-10%), увеличение же частоты вращения более 20 мин"1 почти не сказывается на качестве смешивания. Результаты экспериментальных исследований по изучению влияния частоты вращения барабанного смесителя на качество смешивания представлены в виде графических зависимостей (рис.4.1). Анализ графических зависимостей коэффициента вариации от частоты вращения при различных коэффициентах заполнения показывает, что с увеличением частоты вращения уменьшается коэффициент вариации, а при частоте вращения 14...20 мин" достигается допустимые зоотехническими требованиями значения вариации. В ходе проведения лабораторных экспериментов было установлено влияние коэффициента заполнения смесительной камеры на качество смешивания. Графические зависимости влияния коэффициента заполнения на коэффициент вариации представлены на рис. 4.2. Анализируя полученные - данные и графические зависимости, можно сделать вывод, что при коэффициенте заполнения 7=0,3...0,5 достигается необходимое качество смешивания. При увеличении коэффициента заполнения до 0,6 коэффициент вариации растет, что влечет за собой снижение качества смешивания. Это связано с тем, что с увеличением коэффициента заполнения площадь распределения компонентов кормосмеси по всему объему смесителя уменьшается, и процесс смешивания затрудняется. Для исследования влияния время смешивания на качество кормосмеси опыты выполнялись при различных значениях частоты вращения (рис. 4.3) и при различных коэффициентах заполнения смесительной камеры смесителя (рис. 4.4).
При анализе графических зависимостей (рис.4.3) коэффициента вариации от времени смешивания при различных значениях частоты вращения было установлено, что с увеличением частоты вращения от 12...20 мин"1 время смешивания уменьшается. При чем существенное влияние оказывают частоты вращения от 14 до 18 мин"1 на участке времени от 2 до 4 мин.
Через 2 мин после начала смешивания коэффициент вариации при частоте вращении и=14 мин" достигал допустимого зоотехническими требованиями значения v=\5%, при увеличении длительности процесса до 4 мин снижался до 7% и при дальнейшем продолжении смешивания менялся с незначительными колебаниями.
Методика лабораторных исследований
На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований был разработан экспериментальный барабанный смеситель (рис.4.10).
Экспериментальный смеситель имеет горизонтально расположенный цилиндрический барабан 1, вращающийся на 4-х опорных роликах, закрепленных на раме. Внутри барабана закрепленные две одинаковые лопасти 2, 3, примыкающие боковой стороной одна к днищу 4, другая к днищу 5, а периферийным концом каждая к образующей боковой поверхности барабана. На центральных концах лопастей 2, 4 выполнены желоба 6, 7, внутри которых расположен шнек 8, направление витков которого в одном желобе противоположно их направлению в другом. Лопасти 2, 3 установлены по разные стороны шнека. На днищах 4, 5 напротив торцов шнека 8 выполнены выгрузные люки 9, 10, а вал 11 шнека опирается через подшипники на стойки (на рис. не указаны).
Смеситель работает следующим образом. Корма загружаются через загрузной люк 12. Смешивание происходит при вращении барабана 1 и зафиксированном относительно него вале 11, загруженные в барабан корма перемешиваются в результате их подъема лопастями 2, 3. Через открытые люки 9, 10 происходит выгрузка корма при вращении барабана 1 и зафиксированном относительно стоек вале 11. Приводом служит электродвигатель мощностью 2,8 кВт, передающий вращение через редуктор с помощью цепной передачи на ведущие ролики (на рис. 4.10. не показаны). Производственную проверку режимов процесса смешивания кормосмеси проводили в хозяйстве «Северный ключ» Похвистневского района Самарской области с использованием экспериментального барабанного смесителя и смесителя С-6. В качестве исследуемой смеси использовалась кормосмесь, принятая хозяйством для свиней (молодняка), состоящая из ячменя 40% и пшеницы 40% и белково-витаминной добавки 20%. При выдаче готовой кормосмеси отбиралось 20 проб. Повторность опытов трехкратная. Определение качества смешивания кормов определялось по общепринятой методике. Согласно экспериментальным данным, полученным на лабораторной установке, смешивание кормосмеси производили при частоте вращения 18 мин"1, время смешивания 4 мин и коэффициенте заполнения 0,3 Результаты проверки оптимальных конструктивно-режимных параметров барабанного смесителя приведены в таблице 4.3. Сопоставляя полученные результаты производственной проверки можно сделать следующее заключение. При оптимальном режиме работы качество смешивания в барабанном смесителе выше в 1,8 раза, чем у смесителя С-6. Экспериментальные исследования процесса смешивания кормосмеси барабанным смесителем периодического действия позволяют сделать выводы: 1. Экспериментальные исследования подтвердили теоретические выводы о том, что основными факторами, влияющими на качество смешивания, являются частота вращение барабанного смесителя, время смешивания и коэффициент заполнения. 2. Установлены оптимальные конструктивно-режимные параметры барабанного смесителя: частота вращения п=18 мин" ; время смешивания t=4 мин и коэффициент заполнения ф=0,3. 3. Производственные исследования экспериментального барабанного смесителя показали, что данный смеситель обеспечивает хорошее качество смешивания, коэффициент вариации равен 5,6%, а у базового С-6 - 10%, что в 1,8 раз выше.
Влияние параметров смесителя на качество смешивания
В результате выполненных технико-экономических расчетов использования барабанного смесителя необходимо сделать следующий вывод за счет повышения качества приготовляемой кормосмеси, уменьшается расход кормов. Экономический эффект от внедрения экспериментального смесителя барабанного типа составит 9750 тыс. руб.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволяют сделать следующие выводы. 1. На основании анализа процесса смешивания и конструкций смесителей для приготовления сбалансированных кормосмесей установлено, что перспективным направлением совершенствования смесителей является создание вращающихся смесителей периодического действия. Разработан барабанный смеситель (положительное решение на заявку №2002108301), позволяющий повысить качество смешивания кормовых смесей. 2. Теоретические исследования процесса смешивания барабанным смесителем позволили получить формулы для определения качества смешивания барабанным смесителем в зависимости от его конструктивно-режимных параметров и показателей физико-механических свойств кормосмеси. 3. Экспериментальные исследования барабанного смесителя позволили установить: ? основные факторы, влияющие на качество кормосмеси, это частота вращения, время смешивания, коэффициент заполнения; ? оптимальные конструктивно-режимные параметры барабанного смесителя: частота вращения «=18 мин" ; время смешивания t=A мин и коэффициент заполнения 7=0,3, = 0,6, при которых наблюдается наилучшее качество смешивание (коэффициент вариации v=3,46%). 4. Производственные испытания барабанного смесителя показали, что смеситель обеспечивает качество смешивание в соответствии с установленными зоотехническими требованиями, коэффициент вариации составляет 5,6%, что в 1,8 раз выше по сравнению с базовым вариантом (С-6). Применение барабанного смесителя периодического действия за счет повышения качества кормосмеси позволило снизить расход корма до 20%. Суточный привес составил 624 г на одно животное, по сравнению с контрольной группой 520 г. Экономический эффект за откормочный период составил 9750 тыс. руб.
Похожие диссертации на Повышение качества смешивания кормов с обоснованием конструктивно-режимных параметров барабанного смесителя
