Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы. Цель и задачи исследований 13
1.1. Состояние вопроса кормления и содержания телят молочного периода 13
1.2. Средства механизации процесса кормления телят молочного периода 20
1.2.1. Классификация и анализ средств механизации процесса выпойки телят 20
1.2.2. Классификация и анализ средств механизации кормления телят концентрированными кормами 43
1.2.3. Классификация и анализ средств механизации выдачи стебельных кормов 60
1.2.4. Цель и задачи исследований 73
Глава 2. Разработка и обоснование конструкции технических средств механизации процесса кормления телят молочного периода 76
2.1. Разработка процесса выращивания телят 76
2.1.1. Определение ведущего фактора выращивания телят 80
2.1.2. Разработка математической модели оптимального управления процессом выращивания телят 87
2.1.3. Дискретный подход к моделированию процесса выращивания телят с использованием динамического программирования 96
2.2. Разработка средств механизации раздачи жидких кормов телятам 98
2.2.1. Описание конструктивно-технологической схемы установки с поилками, расположенными на замкнутом транспортерном контуре 98
2.2.2. Описание конструктивно-технологической схемы установки непрерывно-дискретного действия с сосково-чашечными поилками 106
2.2.3. Описание конструктивно-технологической установки с горизонтально расположенными вращающимися цилиндрическими емкостями 113
2.3. Разработка конструктивно-технологической схемы установки для дозированной выдачи концентрированных кормов 117
2.4. Обоснование конструктивно-технологической схемы раздатчика стебельных кормов 121
Глава 3. Теоретические исследования технических средств механизации процесса кормления телят 126
3.1. Теоретические исследования процесса выпойки и обоснование параметров установки с поилками, расположенными на замкнутом транспортерном контуре 126
3.1.1. Анализ режимов истечения жидкости
из резервуаров при различных условиях 129
3.1.2. Обоснование времени заполнения дозаторов установки 134
3.1.3. Обоснование времени слива дозы из дозатора установки 149
3.1.4. Мощность, затрачиваемая на привод установки в процессе выпойки телят 153
3.2. Теоретические исследования технологического процесса и обоснование параметров установки для выпойки телят непрерывно-дискретного действия с сосково-чашечными поилками 155
3.2.1. Технологический цикл, подача установки 155
3.2.2. Обоснование режимных и конструктивных параметров дозатора непрерывно-дискретного действия 158
3.2.3. Определение времени слива дозы корма в кольцевой накопитель 165
3.2.4. Определение времени потребления дозы корма теленком через сосковую поилку 171
3.3. Теоретический анализ процесса дозирования жидких кормов установки с горизонтально расположенными вращающимися цилиндрическими емкостями 173
3.3.1. Обоснование технологических параметров установки для выпойки телят 173
3.3.2. Определение конструктивных параметров и времени истечения жидкости из дозирующей емкости 174
3.3.3. Расчет времени скармливания объема корма через сосковую поилку в зависимости от создаваемого вакуума 184
3.4. Теоретический анализ рабочего процесса и обоснование параметров установки для кормления телят концентрированными кормами 186
3.4.1. Скорость истечения корма из бункера через выходное окно переменного сечения 186
3.4.2. Производительность истечения корма из бункера через выходное отверстие переменного сечения 191
3.4.3. Определение частоты вращения барабана дозатора и времени опорожнения порционной ячейки 194
3.5. Теоретический анализ рабочего процесса и обоснование параметров установки для выдачи стебельных кормов телятам 198
3.6. Выводы 206
Глава 4. Экспериментальные исследования технических средств механизации раздачи кормов телятам 209
4.1. Программа и методика экспериментальных исследований 209
4.2. Исследование процесса выдачи жидкого корма 210
4.2.1 Лабораторная установка с замкнутым транспортерным контуром 210
4.2.2. Лабораторная установка для определения подачи жидкого корма в секторный кольцевой накопитель и времени его опорожнения 216
4.2.3. Методика лаборатоырных исследований процесса дозирования жидкого корма установкой с вращающимися цилиндрическими емкостями 228
4.3. Экспериментальные исследования установки для выдачи концентрированных кормов 233
4.4. Экспериментальные исследования раздатчика стебельных кормов 239
4.5. Результаты и анализ экспериментальных исследований 243
4.5.1. Результаты и анализ исследований физико-механических свойств кормов, выдаваемых телятам 243
4.5.2. Результаты и анализ исследований процессов заполнения дозаторов жидким кормом и слива из них дозы установки с замкнутым транспортерным контуром 246
4.5.3. Результаты экспериментальных исследований установки непрерывно-дискретного действия с сосково-чашечными поилками 256
4.5.4. Результаты экспериментальных исследований установки с вращающимися цилиндрическими емкостями 265
4.5.5. Результаты экспериментальных исследований установки для выдачи концентрированных кормов 272
4.5.6. Результаты экспериментальных исследований раздатчика стебельных кормов 281
4.6. Выводы 287
Глава 5. Производственные испытания и экономическая оценка технических средств механизации раздачи кормов телятам 291
5.1. Производственные испытания технических средств механизации раздачи жидких кормов телятам 291
5.2. Производственная проверка установки для кормления телят концентрированными кормами 295
5.3. Производственные испытания установки для выдачи стебельных кормов 297
5.4. Внедрение разработок в производство 298
5.5. Экономическая оценка технических средств механизации раздачи жидких кормов телятам 300
5.5.1. Расчет годового экономического эффекта по приведенным затратам 301
5.5.2. Расчет лимитной цены 303
5.5.3. Расчет сокращения непроизводительного расхода жидких кормов при использовании предлагаемых средств механизации 304
5.5.4. Результаты расчетов экономической эффективности раздачи жидких кормов телятам установкой с сосковыми поилками 305
5.6. Результаты расчетов экономической эффективности раздатчика концентрированных кормов 307
5.7. Результаты расчетов экономической эффективности раздатчика стебельных кормов 311
Общие выводы 315
Список литературы 319
Приложения 340
- Классификация и анализ средств механизации кормления телят концентрированными кормами
- Описание конструктивно-технологической установки с горизонтально расположенными вращающимися цилиндрическими емкостями
- Обоснование режимных и конструктивных параметров дозатора непрерывно-дискретного действия
- Результаты и анализ исследований физико-механических свойств кормов, выдаваемых телятам
Введение к работе
Важным условием безопасности страны является повышение уровня обеспечения населения продуктами питания за счет собственного производства. Продовольственная независимость страны считается нормальной, если удельный вес отечественного продовольствия составляет не менее 80 %.
Чтобы полностью удовлетворить потребность населения России в продуктах животного происхождения к 2010 г., необходимо производить 56 млн т молока, 11 млн т мяса.
Долгосрочной стратегией Министерства сельского хозяйства России и Россельхозакадемии, направленной на поддержание и развитие инженерно-технической сферы агропромышленного производства, определен ряд направлений:
повысить эффективность производства продукции животноводства за счет применения прогрессивных автоматизированных комплексов машин, обеспечивающих снижение удельных затрат ресурсов на получение продукции - рабочего времени, кормов и энергии;
создать системы машин для комплексной механизации процессов и операций на фермах с разными уровнями конструкций, форм собственности, способами содержания и кормления животных;
повысить производительность труда в животноводстве в 2-3 раза, снизить удельные затраты кормов и энергии на 25—45 %.
Для достижения поставленных целей особое внимание необходимо уделять выращиванию ремонтного молодняка. С точки зрения физиологии, при выращивании ремонтного молодняка требуется жесткое нормирование выдачи жидкого корма и строгое соотношение между количеством потребляемого жидкого и грубого корма [1,2].
Эффективность выращивания молодняка определяется в большей мере скоростью роста телят, зависящей от рациона и схемы их кормления, способа
содержания, параметров микроклимата, возникновения и преодоления стрессов в результате резкого изменения любого фактора.
Одним из самых важных процессов выращивания телят молочного периода является их кормление. Так, на кормление телят приходится до 60-70 % общих затрат труда [3, 4, 5].
Кормление телят молочного периода имеет свои особенности, что связано с функционированием у них в первые дни жизни только желудка, так как преджелудки еще не развиты. При выращивании молодняка требуется обеспечить условия для подготовки пищеварительной системы телят к эффективному потреблению объемистых кормов, являющихся основным кормом для взрослых животных [6, 7, 8, 9].
Снижение огромных затрат труда на кормление телят возможно только при механизации и автоматизации процесса, для чего необходимы новые технические средства.
Новые способы и средства механизации и автоматизации являются основой осуществления ресурсосберегающих технологий. Необходимо создавать комплексы машин и оборудования для содержания и обслуживания телят в возрасте до 6 месяцев, включающие в себя технические средства выпойки жидкого корма, выдачи концентрированных и стебельных кормов. При создании машин особую актуальность приобретает вопрос о снижении непроизводительного расхода кормов за счет более точного их дозирования при выдаче.
Производительное использование кормовой базы, предполагающее строго нормированное кормление животных и отсутствие потерь корма в процессе раздачи, - основной резерв повышения эффективности выращивания молодняка.
Недостаточная эффективность применяемых устройств объясняется несоответствием выдаваемых доз требуемым. В результате телята или не получают достаточного количества питательных веществ, что ведет к их
отставанию в росте, или непроизводительно перерасходуют корма [10, 11, 12, 13].
До настоящего времени нет средств механизации раздачи кормов телятам, обеспечивающих дозированную выдачу в соответствии с зоотехническими требованиями.
Таким образом, разработка и обоснование новых ресурсосберегающих конструктивно-технологических средств механизации раздачи кормов телятам, обеспечивающих повышение эффективности данного процесса, является актуальной проблемой, решение которой имеет важное хозяйственное значение.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: повышение эффективности процесса кормления телят молочного периода путем разработки и оптимизации параметров новых ресурсосберегающих технологий и технических средств механизации.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИИ: технологический процесс кормления телят молочного периода.
ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИИ: средства механизации раздачи кормов и процессы выдачи их телятам молочного периода.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИИ: в качестве основных методик использовались: методика системных исследований, логика научных исследований, теория планирования эксперимента, методы физического и математического моделирования, математического анализа. На этой основе разработаны частные методики лабораторно-полевых исследований и производственных испытаний средств механизации процесса кормления, переноса результатов лабораторно-полевых исследований на производственные образцы рабочих органов средств механизации процесса кормления.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА:
-на основе исследований кормов и физико-механических процессов взаимодействия с ними рабочих устройств-дозаторов разработаны новые конструктивно-технологические схемы ресурсосберегающих раздатчиков;
- разработаны математические модели, описывающие систему «дозатор раздатчика - корм - теленок» и характеризующие влияние комплекса эксплуатационных, конструктивных, режимных факторов и физико-механических свойств кормов на качественные критерии оптимизации;
-получены математические модели, позволяющие определять качественные показатели работы раздатчиков кормов при различных конструктивных и режимных параметрах;
-оптимизированы, аналитически обоснованы режимные и конструктивные параметры новых технических средств механизации раздачи кормов телятам.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ.
Результаты исследований позволяют решить проблему ресурсосбережения при кормлении телят, создать научно обоснованные направления совершенствования существующих и разработки новых конструктивно-технологических схем устройств для механизации раздачи кормов телятам.
Применение результатов исследований обеспечивает сокращение затрат труда до 35 %, расхода электроэнергии на 20...30 %, непроизводительного расхода кормов до 12 %, срока достижения продуктивного возраста животных на 1-2 мес. Созданные устройства позволяют осуществлять выдачу всех видов кормов телятам молочного периода — жидких, концентрированных, стебельных. Полученные математические выражения позволяют определять энергетические и качественные показатели проводимых работ, обосновать основные конструктивные и режимные параметры раздатчиков кормов телятам.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ. Результаты исследований одобрены и использованы Всероссийским научно-исследовательским и проектно-технологическим институтом по использованию техники и нефтепродуктов в сельском хозяйстве (ВИИТИН, г. Тамбов) при разработке средств механизации кормления телят. Техническая документация передана заводам ООО «Сельмаш-Калитва» Ростовской
области, ОАО «Саратовский завод «Серп и молот» Саратовской области для работы над опытными образцами кормораздаточных устройств. Технические средства механизации кормления внедрены в хозяйствах Саратовской, Волгоградской, Ярославской, Пензенской областях и в Краснодарском крае.
Материалы исследований включены в рекомендации, разработанные с участием автора. Результаты исследований использованы в рекомендованных Министерством сельского хозяйства РФ для студентов сельскохозяйственных вузов, обучающихся по агроинженерным специальностям, трех учебных пособиях и монографии.
Комплект технической документации заложен в фонд Саратовского и Ярославского ЦНТИ.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались на конференциях профессорско-преподавательского состава по итогам научно-исследовательской работы за 1983...2004 гг. Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова; на Международной научно-практической конференции в Кубанском ГАУ (Краснодар, 2001 г.); на Поволжской межвузовской конференции в Самарской ГСХА «Совершенствование машиноиспользования и технологических процессов АПК» (Самара, 2001 г.); на научно-технической конференции в Челябинском ГАУ в 1987, 1992 гг., Пензенском СХИ в 1991 г., на заседаниях НТС Ярославского областного управления сельского хозяйства в 1991 г. Материалы диссертации доложены и одобрены на научно-техническом совете Министерства сельского хозяйства и продовольствия Саратовской области в 2002 г; на расширенном заседании кафедры «Сельскохозяйственные машины» Саратовского ГАУ в 2005 г.
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертационной работы опубликовано 44 работы, в том числе 15 авторских свидетельств и патентов, 3 учебных пособия с грифом МСХ РФ, учебное издание - монография, 8 статей в изданиях по «Перечню ВАК». Общий объем публикаций 83,5 печ. л., из них лично соискателю принадлежит 39,75 печ. л. В работе использованы материалы собственных
исследований автора и результаты, полученные совместно с аспирантами, ныне кандидатами технических наук Губейдулиным Х.Х., Загоруйко М.Г., Елисеевым И.И., работавшими под научным руководством автора.
В работах, выполненных в соавторстве, автором сделан основной вклад, заключающийся в формулировании целей и задач исследований, теоретической части и личном участии в проведении экспериментальных исследований.
НА ЗАЩИТУ выносятся следующие НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:
-теоретическое обоснование конструктивно-технологических схем устройств кормления телят;
— математические модели процессов взаимодействия дозирующих устройств с кормом и полученные на их основе аналитические выражения для определения качественных показателей рабочего процесса кормления с учетом конструктивных, режимных, эксплуатационных факторов и физико-механических свойств кормов;
-экспериментальные зависимости, позволяющие определить качественные показатели работы при различных значениях конструктивных и режимных параметров кормораздаточных устройств;
-результаты теоретической и экспериментальной оптимизации полученных параметров.
Классификация и анализ средств механизации кормления телят концентрированными кормами
Технологический процесс выпойки телят осуществляется следующим образом. Перед началом выпойки резервуар 3 заполняют жидким кормом. Оператор, вращая маховичок 13 винтовой пары 8, устанавливает по шкале 14 подвижные пластины 6 на определенную высоту от днища дозирующих емкостей 1, тем самым меняет величину выдаваемой в поильные чаши порции корма.
После этого, при использовании установки в режиме ограниченной мобильности, оператор запирает зажимным устройством 7 одновременно все гибкие кормопроводы 6, сообщающиеся сектора кольцевой емкости 5 с поильными чашами 2. Затем включается привод дозирующего устройства 4. При непрерывном повороте пробки распределительного крана 3 на каждые 90 происходит наполнение одной из дозирующих емкостей 1 (см. рис. 2.14). Воздух из дозирующих емкостей вытесняется жидкостью через нормально открытый поплавковый клапан следующие 90 полная дозирующая емкость 1 открывается на слив, а пустая -на заполнение. Одновременно с этим происходит поворот сливного патрубка 5 на величину, равную длине дуги одного сектора промежуточного кольцевого накопителя-распределителя 5, и слив при этом в него дозы корма (см. рис. 2.14).
Таким образом обеспечивается непрерывно-дискретное дозирование кормового продукта во все сектора кольцевого накопителя-распределителя 5. После этого включается привод ходовой части, и установка, передвигаясь по фронту кормления, останавливается напротив групповых клеток с телятами. Поворотом ручки зажимного устройства оператор отжимает зажатые гибкие кормопроводы, и отмеренные порции корма из всех секторов кольцевого накопителя поступают самотеком во все индивидуальные поилки, затем потребляются телятами.
Для сокращения общего технологического времени выпойки оператор имеет возможность проводить дозирование корма в сектора кольцевого накопителя для следующей группы животных непосредственно в процессе кормления телят. Для этого после выдачи животным отмеренных порций корма необходимо поворотом ручки запорного устройства зажать гибкие кормопроводы. При этом поильные чаши изолируются от секторов кольцевого накопителя. Затем включается привод дозирующего устройства и производится полная заправка секторов кольцевого накопителя отмеренными дозами жидкого корма для последующей группы животных.
Во время переезда установки от одной группы телят к другой производится лишь подготовка поильных чаш к принятию свежей порции корма, причем без участия оператора. С этой целью на донной части поильных чаш выполнены сливные отверстия, которые открываются при совмещении с отверстиями, выполненными на поверхности поворотной трубы молокосборного устройства, на котором посредством зажимов установлены сами поилки. Для каждой поилки на поворотной трубе имеются отдельные отверстия для отвода недопитого молока из чаш в сквозной канал для слива дезинфицирующего раствора после дезинфекции. Привод поворотной трубы молокосборного устройства кинематически взаимосвязан с приводом ходовой части и поэтому донные отверстия поилок могут открываться только во время перемещения установки, следовательно, и отвод недопитого молока в специальный накопитель, а затем и слив дезраствора из поильных чаш в канализацию производятся только во время переезда установки от одной группы телят к другой.
При использовании установки в стационарном режиме необходимо выполнить автономный привод на поворотную трубу молокосборного устройства для автоматического выполнения вышеперечисленных операций по подготовке поильных чаш для выпойки очередной группы телят. В случае выпойки телят младшего возраста необходимо закрыть крышки открытых поильных чаш, а во фланцы поилок установить сосковые поилки.. Телят старшего возраста выпаивают непосредственно из открытых поильных чаш, для этого сосковые поилки снимаются, а в отверстия фланцев ставят заглушки. Высота поильных чаш и угол наклона сосков при этом регулируются согласно зоотехническим требованиям. Электропитание к агрегату поступает по гибкому кабелю.
В мобильном режиме установка пригодна к использованию в нескольких телятниках, для чего необходимо предусмотреть электропитание для переезда из здания в здание. Эффективная работа предложенной установки во многом зависит от производительного и качественного дозировании кормового продукта. В связи с этим рабочий процесс дозатора непрерывно-дискретного действия, позволит всесторонне оценить эффективность предложенной установки. Описание конструктивно-технологической установки с горизонтально расположенными вращающимися цилиндрическими емкостями Эффективность использования установки определяется качеством дозирования жидкого корма и ее производительностью. Повышение производительности установки при выпойке возможно при сокращении времени на дозирование жидкого корма и дезинфекцию сосковых поилок. С этой целью установка должна быть снабжена промежуточной цилиндрической емкостью, установленной горизонтально с возможностью поворота вокруг своей продольной оси, поворотный вал должен располагаться внутри емкости, а дозаторы жидкого корма - закреплены внутри емкости с возможностью поворота вокруг своей поперечной оси. Для постепенного изменения величин доз жидкого корма поворотный вал необходимо снабдить регулятором угла поворота.
Описание конструктивно-технологической установки с горизонтально расположенными вращающимися цилиндрическими емкостями
Дозатор включает цилиндрический корпус 1 с загрузочным окном 2 и выгрузным окном 3, внутри корпуса установлен с возможностью вращения горизонтальный барабан 4 с ячейками 5, имеющими форму прямоугольного параллелепипеда и образованными направляющими пластинами 6, подвижными днищами 7 и торцовыми частями барабана. К днищам ячеек прикреплены ролики 8, перекатывающиеся по неподвижному копиру 9, который выполнен из кулачков, имеющих каплеобразную форму. Дозатор снабжен механизмом регулирования объема ячеек, выполненным в виде горизонтальной оси 10, установленной внутри барабана 4, на которой закреплены кулачки копира. При этом ось 10 установлена с возможностью перемещения в вертикальной плоскости в пазах 11, выполненных в корпусе 1 и торцовых частях барабана, от связанных между собой штоков и тяг. Последние снабжены рукояткой 12 с фиксатором 13. Днища 7 подпружинены относительно оси 10 при помощи пружин. Изменение объема ячеек обеспечивается перестановкой оси 10 в вертикальной плоскости, причем при перемещении последней кверху объем ячеек уменьшается и наоборот.
Некоторые авторы [6, 7, 18, 19, 81] делают вывод, что как по протяженности фронта кормления, ширине и занимаемой площади, так и по условиям расстановки телят, наиболее рациональной является схема с параллельным расположением дозаторов.
Выпускаемые промышленностью кормораздающие устройства стебельных кормов обеспечивают выдачу корма взрослому поголовью. Попытки механизировать процесс раздачи стебельных кормов телятам не привели к положительному результату. Телятам в возрасте до 6 месяцев скармливаются малые количества стебельных кормов. Однако существующие раздатчики не в состоянии дозировано их выдавать [186, 187, 203].
Нами предложена конструктивно-технологическая схема раздатчика стебельных кормов (рис. 2.20), позволяющего облегчить труд телятниц и дозировано выдавать стебельные корма телятам (А.с. № 1175408, Пат. №2181242). Раздатчик кормов включает в себя установленный на неподвижной раме 1 прямоугольный бункер 2 с выгрузными окнами 3 в его боковых стенках.
Внутри бункера 2 расположен реверсивный подающий транспортер 4, который выполнен в виде днища 8, связанного с эксцентриковым механизмом 5 посредством шатунов 6 и установленного на роликах 7 с поперечными прорезями 9, в которых размещены с возможностью поворота разрезные планки 10.
Они жестко закреплены на осях 11, на торцах которых имеются стержни 12, фиксируемые штифтами 13. Стержни 12 входят в отверстия кронштейнов 14, закрепленных на продольных планках 15 днища 8. По краям осей против разрезных планок 10 закреплены рычаги 16, взаимодействующие с упорами 17, установленными на поверхности днища 8 и этим ограничивающими угол поворота разрезных планок 10 при их прохождении в кормовом монолите и счесывании корма. При этом упоры 17 ограничивают направление поворота планок 10 на каждой из половин днища 8 в сторону боковых стенок бункера 2. Средство предотвращения нависання корма выполнено в виде жестко закрепленного над днищем 8 набора А-образных элементов 18.
Высота А-образных элементов превышает высоту разрезных планок 10. Счесывающий рабочий орган выполнен в виде шарнирно закрепленного над выгрузным окном 3 подпружиненного двуплечевого рычага 19 с граблинами 20, взаимодействующими с разрезными планками 10 и очищающими их от корма. Рычаг 19 снабжен пружиной 21, закрепленной на боковой стенке бункера 2. Привод кормораздатчика осуществляется от ВОМ трактора через карданный 22, раздаточный 23 валы и редуктор 24. Раздатчик работает следующим образом. Вращение от ВОМ трактора через карданный 22 и раздаточный 23 валы передается на редуктор 24. Далее через шатуны 6 эксцентриковый механизм 5 возвратно-поступательно перемещает подвижное днище 8. При движении днища разрезные планки 10 на одной из половин днища взаимодействуют с монолитом корма, загруженным в бункер 2 и находящимся на неподвижных элементах 18, внедряются в него, поворачиваются на стержнях 12 осей 11 и поднимаются в верхнее рабочее положение до контакта рычагов 16 с упорами 17, после чего вычесывают листостебельный корм и протаскивают его к выгрузному окну 3. Выход днища 8 с разрезными планками 10 в выгрузном окне 3 за пределы бункера 2 определяется величиной эксцентриситета. При выходе разрезных планок 10 с кормом через выгрузные окна 3 за пределы бункера они взаимодействуют с подпружиненной граблиной 20 и отклоняют ее. При обратном ходе, т.е. при перемещении днища 8 в противоположную сторону, разрезные планки 10 при взаимодействии с монолитом корма поворачиваются на осях 11 в обратном направлении, занимают положение, близкое к горизонтальному, и свободно перемещаются между Л-образными продольными элементами 18 под монолитом корма. При этом корм, оставшийся на днище 8 за пределами бункера 2, взаимодействует с подпружиненной граблиной 20 и сбрасывается в кормушку. При обратном ходе описанные действия совершаются на другой половине подвижного днища 8. При работе кормораздатчика по мере счесывания листостебельная масса, находящаяся в бункере 2 на элементах 18, постоянно опускается к разрезным планкам 10, при этом весь монолит корма, находящийся в бункере, остается на месте, а энергия затрачивается только на вычесывание и перемещение вычесанной порции корма к выгрузным окнам..
Обоснование режимных и конструктивных параметров дозатора непрерывно-дискретного действия
Задачи экспериментальных исследований состояли в проверке и уточнении зависимостей, полученных в ходе теоретических исследований, экспериментальном определении и обосновании оптимальных режимных и конструктивных параметров, а также в оптимизации качественных показателей работы раздатчиков кормов телятам. Программа экспериментальных исследований включала в себя: проверку полученных теоретических выражений для определения количества корма, поступающего в дозаторы; экспериментальную проверку процесса заполнения дозаторов кормом и выгрузки из них дозы корма; исследование рабочего процесса и оптимизацию параметров установки, ее качественных показателей в зависимости от вида корма. Для каждого этапа экспериментальных исследований была разработана методика и подготовлена соответствующая экспериментальная база. В основу проведения экспериментов была положена методика однофак-торных исследований. Исследуемый фактор изменяли, а остальные факторы были постоянными во всех опытах данной серии. Также использовался метод планирования многофакторных экспериментов.
При проведении экспериментальных исследований учитывали особенности входящих переменных факторов и их корреляцию. На качественные показатели работы установки основное влияние оказывает технологический процесс дозаторов, поэтому процессы их заполнения кормом и выгрузка корма из них рассматривали как отдельно, так и в совокупности. За основной критерий оптимизации был принят коэффициент вариации. По нему оценивали качество технологического процесса установок, характеризующего не- равномерность выдаваемых доз кормов. Экспериментально оценивали также мощность установок, затрачиваемой на процесс кормления, а также их производительность.
При выращивании телят в молочный период их развития им экономически целесообразно выпаивать не только молоко, но и заменитель цельного молока (ЗЦМ).
Ряд авторов [151, 152] при расчетах установок для выпойки телят считает необходимым учитывать физико-механические свойства ЗЦМ. Поэтому при проведении экспериментальных исследований учитывали кинематическую вязкость, плотность ЗЦМ в зависимости от состава, концентрацию, температуру. Концентрация ЗЦМ принималась 10, 15,20 %.
Плотность восстановленного ЗЦМ определяли с помощью молочного ареометра, вязкость - с помощью вискозиметра ВПЖ-2 по общепринятым методикам [152].
Опыты по исследованию процесса дозирования жидкого корма объемными дозаторами проводили на экспериментальной установке (рис. 4.1), состоящей из расходного резервуара для хранения и сбора жидкого корма, молочного насоса 3 для подачи жидких кормов, основного резервуара 8 для жидкого корма, выполненного цилиндрическим. Резервуар 8 оборудован уровнемером 9 для визуального наблюдения за изменением уровня жидкости в резервуаре, а также переливной воронкой 10 для поддержания заданного уровня. Напор в резервуаре измерялся уровнемером 9 и образцовым манометром 11. Класс точности 0,25. Кроме того, установка включает в себя систему трубопроводов с кранами 2, 4, 5, 6, 12, 16 для управления подачей жидкого корма. На раме установки имеются кронштейны и посадочные места для крепления объемных дозаторов 13.
Тщательно перемешанный жидкий корм насосом 3 из расходного резервуара 1 для сбора жидкого корма закачивался в основной резервуар 8 для жидкого корма. Уровень его поддерживался с помощью регулировочного крана 6 и перемещением переливной воронки 7. Напор измерялся уровнемером 9, проградуированным в метрах и манометром 11. Затем открывали кран 12 и переводили двухходовый кран 14 в положение «Открыто». Жидкий корм из резервуара 8 по подводящему трубопроводу поступал в дозатор 13. Опыты проводились для двух типов дозаторов, снабженных кранами 14, с одинаковыми расходными характеристиками. Диаметр поперечного сечения дозаторов 0,18 м, площадь поперечного сечения заливного насадка двухходового крана 0,035 м2, сливного - 0,04 м2. Заполнение дозатора первого типа заканчивалось после закрытия клапана 11, а дозаторов второго и третьего типов после упора подвижной пластины 3 в регулировочный винт 6. При открытии двухходового крана 8 фиксировали время заполнения. После заполнения дозаторов и фиксирования времени заполнения двухходовый кран переводили в положение «Слив» и фиксировали время слива. Время заполнения и слива фиксировали секундомером 51-СД с точностью измерения 0,05 с. Для определения величины дозы жидкий корм из дозатора 13 сливался в мерную емкость 15, на обеих сторонах которой нанесена шкала для устранения влияния наклона емкости на точность отсчета. Цена деления шкалы 10 мл. После определения количества жидкий корм сливался в расходный резервуар 1, откуда насосом 3 подавался в основной резервуар 8. При проведении серии опытов по определению времени слива дозы, дозаторы можно заполнять насосом 3, а не из резервуара 8, для чего необходимо закрыть краны 4, 6, 12 и открыть кран 5.
Результаты и анализ исследований физико-механических свойств кормов, выдаваемых телятам
Исходя из этого, главной задачей исследования данного этапа явилось получение и изучение зависимостей Qv =f(H) при определенных значениях конструктивно-режимных параметров дозирующего устройства. Полученная зависимость позволяет выбирать минимально допустимое снижение уровня корма, при котором сохраняется стабильность наполнения дозирующей емкости.
Третья серия опытов предусматривала изучение влияния переменного уровня корма в дозирующей емкости на время ее полного опорожнения при истечении продукта через наклонный сливной патрубок различной длины. Для проведения опытов по изучению влияния длины сливного патрубка на время технологического контакта использовался набор специально изготовленных сливных патрубков различной длины. Угол наклона сливного патрубка к горизонту устанавливали с применением поворотного отвода. Проведение такой серии опытов продиктовано необходимостью выбора оптимальной длины сливного патрубка и угла наклона его к горизонту по временному показателю опорожнения дозирующей емкости. При этом важно, чтобы после выбора оптимальных значений исследуемых параметров продолжительность времени технологического контакта при опорожнении максимальной дозы не превышала продолжительности одного рабочего цикла, в течение которого происходит формирование очередной порции корма в дозирующей емкости. Это главная задача проведения последних серий опытов.
Исследования по всем сериям опытов проводились по методу однофак-торного эксперимента, которым предусматривалось изменение в процессе опытов только одного изучаемого параметра, остальные остаются без изменений.
Необходимое число повторностей опытов выбирали табличным методом [156]. Для этого задавались двумя величинами: доверительной вероятностью а (вероятность того, что значения измеряемых параметров % не выйдут за доверительные пределы ±Л%) и допустимой ошибкой 0 (величиной, выражаемой в долях среднеквадратичного отклонения ст).
При исследовании процессов, протекающих в сельскохозяйственном производстве, для установления зависимостей от влияния различных факторов достаточно доверительная вероятность равна а = 0,7-0,9 [156].
Из классической теории ошибок измерений известно, что результаты многократных измерений одной и той же величины лежат в пределах ±3 а.
Принимая доверительную вероятность а = 0,95 и используя табличный метод [153-156] для определения количества повторностей опытов было установлено необходимое их число. Результаты опытов были обработаны по общеизвестным методикам авторов [155, 156] и представлены в графических формах.
Выдача отмеренных порций корма дозирующим устройством производится в сектора кольцевого накопителя при непрерывном повороте сливного патрубка над ними. При этом точный прием отмеренных порций корма может быть обеспечен только обоснованным выбором основных базовых размеров секторов кольцевого накопителя.
Исследование и анализ геометрических размеров следа струи позволяют с максимальной точностью определить необходимые размеры приемных секторов накопителя. Благодаря чему исключается возможность потери корма через буртики секторов во время разлива корма. Исследования геометрических размеров следа струи продиктованы также необходимостью выбора величины угла перекрытия в распределительном кране для обеспечения холостого прохождения сливного патрубка над перегородками соседних секторов без слива корма.
Такое исследование проводили на опытном образце экспериментальной установки, технологическая схема которой представлены на рис. 4.4 лочного насоса 5 и пульта управления 6. Напорный резервуар оборудован уровнемером 7, а также переливной воронкой 8 для поддержания заданного уровня высоты корма в напорном резервуаре. Кроме того, установка включает в себя систему трубопроводов с кранами для управления подачи жидкого корма. На раме установки имеются кронштейны для крепления дозирующего устройства 2 и кольцевой емкости 3, а также площадка для крепления редуктора 9 с электродвигателем 10. Для замера количества выдаваемого кормового продукта использовали специальную мерную емкость 11 и весы 12.
Для определения геометрических размеров сечения струи, максимальной ширины и длины ее следа в плоскости периметра секторов кольцевой емкости использовали сетчатый экран. Установленный на сектора кольцевой емкости экран позволил с достаточной точностью определить внешние контуры следа струи за каждый цикл слива порции корма различной дозы и концентрации. В качестве жидкого корма для проведения исследования использовали восстановленный ЗЦМ по ГОСТ 4917-71. Исследования проводились для всех значений выдаваемых доз жидкого корма, то есть для 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 л на 1 голову. Величину выдаваемой дозы устанавливали по шкале установки доз 14, поднимая или опуская подвижные пластины 7 на определенную высоту от днища дозирующих емкостей с помощью винтовой пары 9, вращая моховик 15. Наибольшую ширину и максимальную длину контура следа струи на смоченном сетчатом экране замеряли металлической линейкой (ГОСТ 427-75) с погрешностью ±1 мм. Результаты опытов после их обработки были представлены в графической форме.
Программой исследования предусматривались также оптимизация конструктивно-режимных параметров и получение необходимой информации о влиянии высоты уровня, величины дозы и концентрации жидкого корма на показатель неравномерности дозировки порции корма.
