Введение к работе
\
г Актуальность проблемы. Важнейшее условие успешного развития животноводства - создание прочной кормовой базы. Совершенствование технологии заготовки, приготовления и хранения кормов, применение более совершенных машин и оборудования позволяют переработать в качественный корм практически весь биологический /рожай большинства сельскохозяйственных культур.
Одно из основных условий рационального использования кормов - сбалансированность рационов по основным питательным веществам, протеину, макро- и микроэлементам, витаминам и др., что позволяет повысить эффективность использования кормов животными на 15...20%. При этом в рационе животных должно находиться большое количество кормовых компонентов, каждое из которых требует различной технологии подготовки, использования разных машин, составления из них такой технологической линии, ко-_ торая позволила бы получить кормовую смесь, удовлетворяющую всем потребностям животных при минимальных затратах. Однако существующие методы определения потребности в кормах и составления рационов учитывают только количество компонентов и содержание в них питательных веществ. В процессе подготовки кормов к скармливанию значительно изменяется их питательность, переваримость, усвояемость, поедаемость. Эти факторы необходимо принимать во внимание при расчетах потребности в кормах и обосновании применяемой технологии.
В кормоприготовлении необходимо использовать не только традиционные технологии, но и такие, как, например, механическое фракционирование зеленых растений, при котором можно получать протеиновый концентрат из сока и качественный силос из жома. Последнее особенно важно для районов страны с «коротким летом» и свеклосеющих районов. Так, в северных областях Казахстана из-за погодных условий не всегда качественным получается сипос из кукурузы, а в свеклосеющих районах не используется" ботва сахарной свеклы, имеющая высокие питательные качества. Поэтому необходима разработка технологии и машин для снижения влажности исходного сырья, обработки полученного сока и получения протеиновой пасты.
Весьма важным является комплектование кормоприготовитель-ньіх цехов таким оборудованием, чтобы качество получаемых кормовых смесей отвечало зоотехническим условиям, а обработка была экономически выгодна. Существующие кормоприготовительные цехи не всегда обеспечивают возможность выпуска корма с заданными свойствами. При этом нужно учитывать, что на одинаковых операциях возможно использовать однотипные машины с разными технико-экономическими показателями. Выбор комплекта машин является многовариантной задачей, в которой принимаются во внимание приведенные затраты на приготовление единицы корма и
транспортирование сырья и готовой продукции. Капитальные вложения как на строительство нового или реконструкцию существующего здания, так и на приобретение,оборудования должны оправдываться получаемым доходом. Поэтому целесообразно предложить типоразмер кормоцехов, учитывающий обслуживаемое поголовье животных и их продуктивность.
Раздача кормов является заключительной и одной из ответствен
ных операций в кормопоточных линиях, правильная организация ко
торой позволяет повысить продуктивность животных и снизить затра
ты живого труда и средств. В настоящее время для раздачи кор
мов на молочных фермах и комплексах используется большой на
бор различных по конструктивному исполнению машин. Каждый тип
машины и организация ее работы определенным образом влияют
на организм животных. Это может происходить за счет изменения
микроклимата помещения, в котором содержатся животные, нару
шения технологического режима и качества выполнения данной
операции. Поэтому необходимо разработать методику проектиро
вания технологических линий раздачи, учитывающих названные фак
торы и на создание которых требуются минимальные затраты. ,
Постановка и проведение исследований по данным направлениям весьма актуальны, так как позволяют рекомендовать наилучшую технологию использования кормового сырья, ведут к повышению продуктивности животных и снижению затрат на приготовление и раздачу.
Исследования, на основе которых подготовлена данная диссертация, выполнялись в Целиноградском сельскохозяйственном институте (1970-1984 гг.) и Плодоовощном институте имени И. В. Мичурина. (1985-1991 гг.) в соответствии с Государственными научно-техническими программами, утвержденными Государственным Комитетом по науке и технике Совета Министров СССР, - 0.51.04 (1976-1980 гг.), 0.51.21 (1981-1985 гг.) и ведомственными координационными планами по решению научно-технических проблем: ВО ВАСХНИЛ (проблема 12, шифр 12.85) - 1981-1985 гг., Всероссийское отделение ВАСХНИЛ (0.51.03. К02) - 1986-1990 гг.
Цель и задачи исследований. Цель исследований - повышение эффективности использования кормов на молочных фермах и комплексах на основе разработки: а) методов оптимизации рационов и методики проектирования технологических линий приготовления, учитывающих изменение питательных качеств кормов в процессе переработки; б) теоретических основ интенсификации процесса фракционирования и методов технологического проектирования машин для механического обезвоживания зеленых растений и обработки полученного сока; в) методики проектирования технологических линий раздачи кормов с учетом нарушения технологического режима и качества выполнения этого процесса.
Задачи исследований: - разработать основные положения составления оптимальных
эационов для различных половозрастных групп животных с учетом іспользуемой технологии и машин;
установить закономерность действия вибрации рабочих органов эазличной конструкции на растительную зеленую массу при ее ме-;аническом обезвоживании; выявить основные факторы, влияющие \а процесс разделения сока зеленых растений и получение протеиновой пасты;
разработать основные положения технологического проек7иро-зания цехов для приготовления прессованных и влажных рассыпных чормосмесей, учитывающих изменение питательности кормов в процессе переработки, объем производства и структуры технологической и строительной частей;
разработать методику проектирования технологических линий эаздачи кормов, учитывающую нарушения технологического режима и качество выполняемого процесса;
создать и исследовать экспериментальные образцы установок для фракционирования зеленой растительной массы и получения протеиновой пасты;
создать и исследовать технологические линии приготовления и раздачи кормов;
предложить рекомендации по проектированию и технологическому расчету кормоцехоз и кормораздаточных линий, машин для фракционирования зеленых растительных кормов.
Научная ноаизна. Научную новизну работы составляют: - усовершенствованная экономико-математическая модель и разработанный алгоритм оптимизации рационов, учитывающие влияние технологических процессов на изменение питательных качеств кормов в процессе переработки, так как существующие методы расчета кормовых ресурсов совместно с принимаемыми ограничениями учитывают в основном только количество кормов и их питат-тельные свойства и не учитываются такие факторы, как капитальные вложения, система грузоперемещения, технологические операции и используемые машины, что не позволяет выбрать технологию переработки кормов, наилучшим образом отвечающую потребностям животных и требованиям производства;
разработанные на базе методоз теории распознавания образов алгоритмы для классификации сельскохозяйственных I объектов (кормоцехов), что позволяет разделить большое количество разнообразных цехов на однородные группы и для каждой из них предложить рекомендации по их совершенствованию;
обоснование методов повышения эффективности механического обезвоживания зеленой растительной массы за счет приложения вибрации к рабочим органади машин (теоретически установлено, что причиной низкой производительности установок и высоких затрат энергии на выдавливание жидкой фракции при постоянных нагрузках являются образующиеся внутри массы тромбы, разрушающиеся после снятия нагрузки, с учетом чего определены оптимальные ре-
жимы нагружений и конструкций установок);
- усовершенствованные математические модели и созданны алгоритмы расчетов технологических линий и цехов приготовлени прессованных кормов и влажных кормовых смесей, учитывающи затраты на приготовление единицы корма, транспортировку сырья готовой продукции, возможность использования на одноименны операциях машин с разными технико-экономическими данными, из менение питательной ценности компонентов кормосмеси в процес ее обработки, размер капитальных вложений на строительство цех по ожидаемому уровню продуктивности коров и величины полу ченного дохода, соотношение затрат на строительные работы и при обретение и монтаж оборудования, что позволяет определит типоразмерный ряд кормоцехов, определить коэффициенты готов ности отдельных участков линии кормоприготовления и оптималь ные объемы бункеров и накопителей кормов;
- усовершенствованная математическая модель и созданные ал
горитмы расчетов технологических линий раздачи кормов, рассмат
риваемая как биотехническая система, учитывающая влияние соста
на линии на качество выполнения процесса раздачи, машин - н
микроклимат в помещении для содержания животных, а в качеств!
критерия оптимизации зоотехнических допусков принят минимул
потерь, включающий в себя потери продуктивности коров и потері
корма; предложена математическая модель, учитывающая факто
ры влияния на продуктивность коров: уровень кормления, темпера
тура воздуха в коровнике, сдвиг времени кормления; закономер
ности влияния и роль бункеров в работе кормораздаточных линий <
учетом режима работы и применяемых средств.
Практическая ценность работы. Предложенные в диссертаци» принципы моделирования и оптимизации технологических лини» приготовления и раздачи кормов являются научной основой созда ния кормопоточных линий на молочных фермах и комплексах:
- на основании разработанной экономико-математической моде
ли рассчитаны оптимальные рационы для различных групп живо
тных, исходя из имеющихся кормовых ресурсов и принятой техно
логии обработки кормов; предложены рекомендации по опреде
лению потребности кормового сырья (культуры и посевные площа
ди) и приобретению техники, наилучшим образом отвечающие каче
ству переработки кормов и минимальной стоимости рациона;
- в результате исследований процессов механического обезво
живания растительной зеленой массы разработана техническая до
кументация и методы инженерных расчетов шнековых и ленточных
прессов, комбинированной центрифуги для получения пасты проте
инового концентрата;
- сформулированы теоретические предпосылки к расчету техно
логических линий приготовления прессованных и рассыпных кормо
вых смесей и составлены на основании этого модели и алгоритмы
расчетов, позволяющие выбрать комплект машин, при котором
триведенные затраты являются минимальными, а качество кормов мвечает предъявляемым требованиям; предложены рекомендации то комплектованию кормоцехов для приготовления сухих влажных сормосмесей, построены графики и номограммы, по которым в за-зисимости or продуктивности животных можно обосновать необходимость строительства цеха и определить размер капиталовложе-чий;
- предложены рекомендации по обоснованию структуры и со-
:тава машин, учитывающих качество выполнения технологического
іроцесса и влияния, оказываемого на организм животных; произве
дены расчеты оптимальных технологических линий раздачи кормов
цля молочных ферм с поголовьем от 2G0 до 1200 коров при содер
жании их в различных по архитектурно-планировочному решению
зданиях;
с использованием основных положений и выводов диссертации разработаны рекомендации по рациональному использованию кормовых ресурсов, выбору комплекта машин для приготовления и раздачи кормов, проектированию и расчету машин для фракционирования зеленых растений;
изданы учебные пособия, включающие теоретические положения и практические результаты данной работы.
Таким образом, материалы исследований, полученные в процессе подготовки диссертации, используются в производстве, что дает народному хозяйству экономический эффект, и способствуют повышению качества подготовки специалистов сельского хозяйства.
Реализация результатов исследований. Результаты многолетних исследований изложены в книгах и учебных пособиях для «ельско* хозяйственных вузов: «Краткий справочник механизатора-животновода» (Алма-Ата, Кайнар, 1975, 11,5 п. л.), «Технология механизированного приготовления кормов» (Алма-Ата, Кайнар, 1976, 6,4 п. л.), «Механизация перевозки и раздачи кормов» (Алма-Ата, Кайнар, 1980, 6,3 п. л.), «Практикум по экономике для студентов факультета механизации сельского хозяйства» (М., Колос, 1976, 10,14 п. л.), «Основы инженерных методов расчета в животноводстве» (Целиноград, 1979, 3,0 п. л.), «Производство и приготовление кормов в Северном Казахстане» (Целиноград, 1979, 5,0 п. л.), «Технологическое проектирование ферм и комплексов» (Алма-Ата, Кайнар, 1982, 14,9 п. л.), «Механизация приготовления и хранения кормов» (М., Агропромиздат, 1990, 22,4 П. л.), «Проектирование производственных процессов в животноводстве» (М., Агропромиздат, 25 п. л.) и др.
Результаты исследований вошли составной частью в «Рекомендации по технологии заготовки кормов для хозяйств Целиноградской области» (1972), «Рекомендации по экономической эффективности животноводства в Северном Казахстане» (1973), «Рекомендации по системе ведения сельского хозяйства Тургайской области» (1978), «Рекомендации по системе ведения сельского хозяйства Целиног-
радской области» (1980), «Рекомендации по возделыванию кормовых культур, заготовке и приготовлению кормов в ЦелиноградскоГ области» (1978), «Рекомендации по увеличению производства и повышению качества грубых и сочных кормов в хозяйствах Целиноградской области» (1982), «Рекомендации по обоснованию мощности, расположению цехов и выбору машин для приготовления формованных кормов» (1982), «Рекомендации по выбору оптимальных поточных технологических линий раздачи кормов на молочных фермах и комплекса;'. Целиноградской области (1984) и др.
Предложения, разработанные автором и с его участием по проектированию кормоприготогитсльных цехов и линий раздачи кормов, использованы зональным головным Государственным проектным институтом «Целингипросельхоз»; результаты исследований по разработке шнекового пресса приняты для использования при разработке комплекта оборудования по производству протеинового концентрата из зеленых растений Головным экспериментально-конструкторским институтом по машинам для переработки травы и соломы (ГЭКИ, г. Вильнюс), а техническая документация по проекти-рованию ленточного пресса и центрифуги для получения протеинового концентрата принята ОПКБ с ЭП ЦНИПТИМЭЖ и Проблемой научно-исследовательской лабараторией РИСХМа для изготовления указанных машин.
При непосредственном участии автора проектировались и строились кормоцехи и животноводческие помещения в различных хозяйствах областей Северного Казахстана.
Апробация работы и публикации. Основные результаты работь докладывались на научно-технических советах МСХ КазССР (Алма-Ата, 1980, 1982) Годичных собраниях ВО ВАСХНИЛ, на научно-производственных конференциях СибНИПТИЖ (Новосибирск, 1976), СибИМЭ (Новосибирск, 1976, 1978), Ленинградского СХИ (Ленинград, 1974, 1978, 1987, 1990),ЧИМЭСХ (Челябинск, 1973, 1976, 1980, 1984), Целиноградского СХИ (Целиноград, 1972-1984 гг.), научных объединенных технических советах сельскохозяйственных учреждений Целиноградской области (Целиноград, 1978, 1982, 1984; Арка-лык, 1979).
Основные материалы исследований обобщены.в 13 монографиях и учебных пособиях, рекомендованных для обучения студентов сельскохозяйственных вузов, общим объемом более 125 п. л. и 103 работах объемом около 90 учебно-издательских листов. Две книги -«Справочных механизатора-животновода» и «Зоогигиена в животноводческих комплексах» - переизданы на казахском языке. Получено 7 авторских свидетельств на изобретения.
Общая методико исследований. В качестве предмета исследований использовались экспериментальные и серийные машины и установки для приготовления и раздачи кормов, на базе которых комплектовались технологические линии; различные кормовые смеси и
составляющее их компоненты; коровы красней степной и черно-пестрой пород.
Программой предусматривалось решение следующих задач;
выснить физико-механические свойства корлловых материалов и их влияние на процессы переработки различными рабочими органами машин и установок для приготовления и раздачи кормов;
найги адекватность разработанных математических моделей и технологических линий приготовления и раздачи кормов;
определить адекватность разработанных математических моделей и теоретических предпосылок по обоснованию конструктивно-технологических схем, параметров и режимов работы шнексвых и ленточных прессов и комбинированной центрифуги для получения протеиновой пасты;
проверить в производственных условиях качество функционирования экспериментальных и опытных установок и технологических линий.
Для проведения экспериментальных исследований были созданы специальные стенды и установки для определения: плотности и прочности кормовых брикетов; вдагсудерживающей способности коагулята; удельного объемного сопротивления осадка и сопротивления фильтрующей перегородки; коэффициентов трения кормовых материалов и осадка; влияния вибрации на процессы разрушения клеточной структуры растений и выделения сока из растительной массы и др.
Показатели работы технологических линий определялись непос-редстоенно an действующих предприятиях. При этом С ПОЛНОЩЬЮ хронометража фиксировались все затраты фонда рабочего времени, работа и простои как технического, так и организационного характера. Определялись количество перерабатываемого сырья по видам и кормосмеси в целом, расход пара, воды, химических реагентов, топлизэ, электроэнергии и др. Для определения расходез энергии использовались изготовленные измерительные стенды.
Энергетические показатели (энергетическая ценность) кормов и кормовых смесей определялись с помощью калориметрической бомбы 9-09-11 по количеству тепла, образуемого при сжигании. Кроме прямых определений использовались и расчетные методы определения валовой энергии по методике П. В. Демченко.
В процессе исследований были использованы методы теории распозн.азания образов, рационального планирования экспериментов, методы оценки качества кормов и кормового сырья, его питательности и биохимического состава.
Использовалась современная тензометрическая аппаратура дл:і проведения экспериментов и средства вычислительной техники для обработки полученных результатов.
Ь\а всех этапах исследований проводилось математическое моделирование процессов, установок, лоточных технологических линий. Составлялись модели, с помощью которых исследовалось влияние
различных факторов, их уровней варьирования и определялись наилучшие варианты их функционирования.
Под руководством автора при выполнении отдельных разделов приняли участие аспиранты Вильгельм Я. Я., Троцкий ф. Э., Шнель-бах И. К., Чернявский А. И., Абдыров А. М., Пимкин С. А., Коровин В. В., Николаев В. П. Всем им автор приносит искреннюю благодарность.
