Содержание к диссертации
Введение
Состояние вопроса, цель и задачи исследований.
Применяемые конструкции и анализ бункерных накопителей и дозаторов в поточных линиях раздачи кормов
Классификация и анализ бункерных накопителей и дозаторов 18
Классификация и анализ устройств для выравнивания свободной поверхности и плотности кормового слоя 24
Состояние исследований бункерных накопителей и дозаторов стебельных кормов . 30
Цель и задачи исследований . 41
Теоретические исследования бункерных накопителей и дозаторов технологических линий раздачи кормов . 45
Обоснование конструктивно-технологической схемы бункера-накопителя с переменным объемом . 45
Теоретические исследования процесса загрузки бункера кормом с помощью корморазравнивающих устройств 51
Теоретические исследования рабочего процесса корморазравнивающего устройства с активным рабочим органом - граблиной и обоснование его конструктивно-режимных параметров 58
Определение высоты каретки 58
Производительность корморазравнивающего устройства 66
2.3.3. Определение положения следа секущей плоскости 79
2.3.4. Определение потребной мощности на привод корморазравнивающего устройства 82
2.4. Теоретические исследования рабочего процесса бункерного дозатора 89
Выводы 93
3. CLASS Методика экспериментальных исследований 9 CLASS 5
3.1. Задачи экспериментальных исследований 95
3.2. Установка и оборудование для экспериментальных исследований 95
3.3. Описание конструкции корморазравнивающего устройства ІОО
3.4. Методика проведения эксперимента 104
3.4.1. Методика определения физико-механических свойств кормов 104
3.4.2. Методика определения показателей качества формирования кормового слоя при загрузке бункера-накопителя ., 107
3.4.2.1. Определение неравномерности высоты кормового слоя по длине бункера 107
3.4.2.2. Методика определения неравномерности плотности корма по длине бункера 112
3.4.2.3. Методика определения степени влияния процесса перегрузки кормового слоя из бункера-накопителя в бункер дозатора на неравномерность высоты и плотности по его длине 116
3.5. Методика обработки экспериментальных данных 119
4. CLASS Результаты экспериментальных исследований и их анализ 12 CLASS 1
4.1. Физико-механические свойства кормов 121
4.2. Исследование процесса загрузки бункера-накопителя без выравнивания кормового слоя 122
4.3. Исследование технологического процесса работы корморазравнивающего устройства 128
4.3.1. Влияние показателя кинематического режимана неравномерность высоты и плотности кормового слоя 128
4.3.2. Влияние поступательной скорости каретки и линейной скорости граблины на качественные показатели работы корморазравнивающего устройства 136
4.3.3. Влияние длины горизонтальных пальцев граблины на неравномерность высоты поперечного сечения и плотности по длине кормового слоя 139
4.3.4. Влияние шага горизонтальных пальцев граблины на неравномерность высоты поперечного сечения и плотности кормового слоя по его длине 142
4.3.5. Влияние высоты планки граблины на показатели неравномерности высоты и плотности по длине формируемого кормового слоя 144
4.3.6. Изменение неравномерности высоты и плотности по длине кормового слоя в зависимости от производительности загрузочного транспортера - 147
4.3.7. Влияние неравномерности подачи корма загрузочным транспортером на неравномерность загрузки бункера 150
4.3.8. Влияние скорости движения каретки на производительность и энергоемкость корморазравнивающего устройства 151
Исследование влияния процесса перегрузки кормового слоя из бункера-накопителя в бункер дозатора на неравномерность высоты и плотности по его длине 152
Влияние высоты кормового слоя на погрешность дозирования бункерным дозатором раздатчика. 160
Выводы... 163
Методика расчета бункерных накопителя и Дозатора поточной линии раздачи кормов 166
Экономическая эффективность результатов исследований 174
Общие выводы 179
Литература...' ; 182
Приложения 198
- Применяемые конструкции и анализ бункерных накопителей и дозаторов в поточных линиях раздачи кормов
- Обоснование конструктивно-технологической схемы бункера-накопителя с переменным объемом
- Установка и оборудование для экспериментальных исследований
- Физико-механические свойства кормов
Введение к работе
Выполнение Продовольственной программы СССР, намеченной ХХУІ съездом партии и одобренной майским (1982) Пленумом ЦК КПСС, предусматривает резкое увеличение производства продуктов животноводства и, в частности, доведение среднегодового производства мяса до 17...17,5 млн.тонн (в убойном весе) и 97...99 млн.тонн молока [і, 2 ] .
Для успешного выполнения поставленной задачи необходима высокая степень индустриализации животноводческой отрасли, так как увеличение производства продуктов животноводства при значительном снижении затрат труда возможно только лишь на крупных фермах промышленного типа.
Решениями ХХУІ съезда КПСС определен курс на дальнейшее развитие концентрации и специализации животноводства на базе межхозяйственно в кооперации и агропромышленной интеграции [ I J . Проведение этого курса потребовало создания специализированных предприятий различных типов: комплексов по производству молока на 400, 600, 1200, 1600 и 2000 голов; комплексов по выращиванию нетелей на 3000 и 6000 скотомест; комплексов по выращиванию и откорму 5000 и 10000 молодняка крупного рогатого скота на мясо.
Отличительной чертой этих комплексов являются поточные технологические линии, выполняющие различные производственные процессы. Такие линии должны осуществлять технологический процесс с наименьшими затратами труда и средств, отвечать зоотехническим требованиям по качеству работы и быть максимально надежными. Они должны обслуживать все поголовье животных и иметь необходимую производительность. Состав машин и структура поточной линии должны обеспечивать эффективное выполнение технологического процесса.
Из имеющихся в настоящее время в стране машин невозможно составить высокоэффективные поточные линии раздачи кормов, отвечающие вышеприведенным требованиям, и поэтому разработка, совершенствование и исследование таких машин является задачей актуальной [ юг] .
Для надежного функционирования поточных линий приготовления и раздачи кормов, а также дозированной их выдачи при нормированном кормлении животных, широкое распространение в технологических линиях раздачи стебельных кормов получили бункерные накопители и дозаторы. Дозаторы кормов состоят из бункера, подающего транспортера и кормоотделителей. Они являются составной частью мобильных кормораздатчиков типа КТУ-10 и РММ-5.
Одним из основных звеньев поточной линии приготовления и раздачи кормов, включенной в систему машин для животноводства на I98I...I990 гг. II9J , является бункер-накопитель, с помощью которого производится загрузка бункерных раздатчиков кормов ограниченной мобильности (типа КТУ-10). Использование в линии бункера-накопителя, по объему равного емкости раздатчика, обеспечивает высокую производительность системы раздачи кормов за счет значительного сокращения времени на загрузку, которое составляет 5...15 с. [50, 5l] .
Однако применяемые бункерные накопители и дозаторы не позволяют формировать кормовой слой правильной геометрической формы с его массой, кратной или равной количеству корма, потребного для разового кормления поголовья животных, размещенных в одном ряду, в зависимости от разовой нормы выдачи корма и его плотности. Все это оказывает существенное влияние на погрешность дозирования корма бункерным дозирующим устройством раздатчиков типа KTY-I0, РММ-5, питателей стационарных линий раздачи кормов и, как следствие, их выдачу не в соответствии с зоотехнической нормой 5, 34, 70, 77, 80, 85, 97, 98, 107, 108, III, 131, І49І .
Исследованиями ученых 54, 55, 69, 71, 126, 1341 доказано, что эффективного использования рациона можно добиться лишь тогда, когда он сбалансирован по питательным веществам, и количество корма выдается в соответствии с зоотехнической нормой. При выдаче количества корма меньше нормы снижается продуктивность животных, а больше - он теряется из-за неполного поедания, что приводит к нерациональному их использованию и, в конечном итоге, к повышению себестоимости продукции. В связи с этим важное значение приобретает повышение точности дозирования кормов, путем совершенствования процесса загрузки бункерных накопителей и дозаторов.
Проведенные ранее исследования по изучению процесса дозированной раздачи кормов животным касались, в основном, процесса выгрузки корма из бункерных дозаторов 37, 38, 46, 72, 80, 96, 97, 106, 107, III, 112, 128, 138, 139, 140, 142, 149] . При исследовании процесса загрузки бункеров дозирующих устройств мобильных раздатчиков и питателей кормов с помощью разравнивающих устройств не учитывалось влияние неравномерности подачи корма на неравномерность высоты и плотности по длине формируемого кормового слоя.
До настоящего времени не определена степень влияния процесса перегрузки предварительно сформированного кормового слоя из бункера-накопителя в бункер дозатора на неравномерность высоты и плотности по его длине. Кроме этого, известные корморазравнивающие устройства имеют низкую производительность, что не соответствует требованиям, предъявляемым к современным машинам.
Вышеприведенное свидетельствует о необходимости теоретического и экспериментального исследования процесса формирования кормового слоя с постоянной высотой поперечного сечения и плотностью по его длине, разработки конструкций и обоснования параметров высокоэффективного бункера-накопителя с разравнивающим устройством. Совершенствование рабочего процесса технических средств поточной линии раздачи кормов требует систематизации методики их расчета.
Решению этих вопросов и посвящена настоящая диссертационная работа.
На защиту выносятся следующие научные положения:
- предложенные конструктивно-технологические схемы бункера-накопителя и корморазравнивающих устройств;
- аналитические выражения для определения высоты бункера, предельно допустимой неравномерности подачи корма в него при загрузке с помощью корморазравнивающих устройств, основных конструктивно-режимных параметров разравнивающего устройства, его производительности и энергоемкости процесса формирования кормового слоя в бункере, а также неравномерности выдачи корма бункером-дозатором, полученные в результате теоретических исследований;
- метод определения границ применения корморазравнивающих устройств, позволяющих установить допуск на величину показателя неравномерности подачи корма в бункер дозирующих устройств;
- результаты экспериментальных исследований по проверке выдвинутых теоретических положений и определению оптимальных конструктивно-режимных параметров бункера-накопителя и разравнивающего устройства;
- экономическая оценка работы бункерных накопителя и дозатора кормов, оборудованных разравнивающим устройством.
Применяемые конструкции и анализ бункерных накопителей и дозаторов в поточных линиях раздачи кормов
По такому принципу работает бункер-дозатор HI0.2E Щ , оборудованный игализатором - цепочно-планчатым транспортером, установленным над верхней частью бункера (рис.1,6,б).
Второй способ выравнивания кормового слоя - путем регулирования скорости кормонесущего органа, характеризуется тем, что при изменении одного из параметров, высоты или плотности кормового слоя, автоматически, с помощью специальных средств изменяется скорость подающего или выгрузного транспортеров (рис.1.б,е) 13, 15, 23, 109, 129] .
Недостаток данных схем очевиден - выравнивание кормового слоя производится по одному из параметров - только по высоте или только по плотности.
Третий способ является наиболее рациональным, так как позволяет формировать кормовой слой с постоянным значением высоты и плотности корма по длине бункера. При этом способе выравнивание свободной поверхности и плотности кормового слоя производится одновременно с загрузкой и осуществляется, как правило, в бункере накопителей и дозаторов. Здесь целесообразно выделить случай, при котором выравнивание свободной поверхности и плотности кормового слоя производится предварительно, при загрузке автономно установленного бункера, выполняющего роль накопителя. Вместимость такого бункера-накопителя равна вместимости бункерного раздатчика кормов. В нижней части бункер-накопитель имеет открывающиеся створки I 14, 21, 22, 24...34, 59...63, 81, 84, 137, 141 . Этой схеме следует отдать предпочтение, так как кроме повышения качества работы кормораздатчиков значительно сокращается время на их загрузку и, следовательно, повышается эксплуатационная производительность, на что указывалось ранее.
По характеру действия устройства для выравнивания свободной поверхности и плотности кормового слоя можно подразделить на активные, пассивные и комбинированные І78І .
У активных устройств рабочие органы (скребки, граблины с пальцами) совершают циклическое движение относительно неподвижного кормового слоя (рис.І.б,а,б). У пассивных устройств, относительно неподвижных рабочих органов (скребков, счесывающих гребенок и граблин) перемещается кормовой слой (рис.1.6,г). Устройства, у которых рабочие органы совершают циклические движения (возвратно-поступательное, вращательное и др.) и формируемый кормовой слой передвигается, можно отнести к комбинированным (рисЛ.6,б, в,д) 78 . Комбинированные выравнивающие устройства наиболее энергоемки, так как в процессе загрузки и выравнивания кормового слоя энергия расходуется как на привод органов выравнивающего устройства, так и на счесывание корма с одновременным перемещением всей массы загруженного корма I 78 I .
Менее энергоемки пассивные выравнивающие устройства, так как в процессе загрузки и выравнивания кормового слоя энергия затрачивается только на счесывание и на перемещение всей массы загруженного корма [78 .
Наименее энергоемкими являются активные выравнивающие устройства, требующие затрат энергии на привод рабочих органов, на их перемещение относительно кормового слоя и на процесс счесывания корма. При этом кормовой слой остается неподвижным и затрат энергии на его перемещение не требуется 78 J .
По типу устройства подразделяются на роторные, транспортерные, скребковые и гребенчатые. Самый многочисленный класс составляют устройства транспортерного типа, заслуживающие наибольшего внимания с точки зрения повышения качества формирования кормового слоя и повышения производительности. Большинство из них разработано в СИМСХ им.М.И.Калинина (а.с.№№ 1033092, 1029929, 1058545, І02І444, 1069733, І04І472, 1090798, 1085577, 1095906, приложения 2г..10, авторы С.М.Доценко, В.Г.Коба).
По конструктивному исполнению устройства могут быть представлены в виде барабанов [76,.121 , битеров 85, 128 , различных транспортеров со сбрасывателями 14, 22, 25 и делителями потока корма [26, 27, 29 I .
На рис. 1.7,а,б,в,г представлены схемы известных устройств для выравнивания свободной поверхности и плотности кормового слоя. Эти устройства применяются, как правило, с бункерами-накопителями, устанавливаемыми в поточных технологических линиях раздачи кормов (координатная система). О целесообразности установки таких бункерных накопителей в поточных линиях раздачи кормов указывалось выше.
Однако конструкции таких устройств не обеспечивают качественного формирования кормового слоя в бункере. Они энергоемки, сложны по конструкции, малопроизводительны и не универсальны в части применения с бункерными дозаторами, используемыми в качестве питателей и раздатчиков поточных технологических линий приготовления и раздачи стебельных кормов 14, 22, 25, 76, 85 J .
Обоснование конструктивно-технологической схемы бункера-накопителя с переменным объемом
При проектировании бункерных накопителей и дозаторов вместимость их бункера должна выбираться таким образом, чтобы при одноразовой загрузке они могли обслужить одно или несколько животноводческих помещений. Кроме того, количество корма в бункере должно быть равно или кратно количеству корма, потребного для разового кормления поголовья животных, размещенного в одном ряду помещения 801 где М - количество корма в бункере; 0,н - норма выдачи корма на одну голову; М - количество голов скота в одном ряду животноводческого помещения; К - число рядов животных, обслуживаемых при одноразовой загрузке бункера кормом; 5 - коэффициент запаса корма kb = 1,05...1,1 [во] .
Величина объема бункера определяется по формуле где р - плотность корма; Уз - коэффициент заполнения бункера, У/і в 0,8...0,9. Вполне очевидно, что вместимость бункера-накопителя должна быть равна вместимости бункерного дозатора мобильного раздатчика кормов, т.е. /БН " V , где УъН" объем бункера-накопителя. Тогда выражение (2.2) можно записать в следующем виде
Однако анализ формулы (2.3) показывает, что ее составляющие &и - норма выдачи корма и Q его плотность, не постоянны даже в течение суток, могут иметь различные значения и зависят от принятого рациона. Особенно это характерно для откормочных ферм, где различным возрастным группам животных соответствует своя норма выдачи корма. Следовательно, при постоянных значениях длины бункера раздатчика и его ширины в процессе формирования кормового слоя для соответствующих групп животных, его высота будет различной и может быть определена по выражению где D - ширина бункера; La длина бункера.
Таким образом, для формирования в бункере с помощью разравнивающего устройства кормового слоя, с массой, равной или кратной количеству корма, потребного для разового кормления поголовья животных, размещенного в одном ряду, необходима такая конструкция емкости бункера, которая бы позволяла варьировать ; его объемной вместимостью.
С учетом вышеприведенного автором совместно с научным руководителем доктором технических наук В.Г.Коба разработана конструкция бункера-накопителя с переменным объемом (а.с. № 1080799) (приложение I).
На рис.2.I представлена схема бункера-накопителя с переменным объемом. Применение такого бункера-накопителя позволяет формировать кормовой слой правильной геометрической формы с его массой, равной или кратной количеству корма, потребного для разового кормления поголовья скота, размещенного в одном ряду, в зависимости от разовой нормы выдачи корма и его плотности. Бункер-накопитель включает телескопическую емкость и корморазравнивающее устройство. Телескопическая емкость бункера состоит из двух половин - верхней I и нижней 2. Верхняя половина I установлена с возможностью вертикального перемещения относительно неподвижно закрепленной на основании нижней половины 2. Нижняя половина 2 емкости имеет днище, выполненное в виде створок 3. Перемещение верхней половины I относительно неподвижно закрепленной нижней 2, а также открытие и закрытие створок 3 осуществляется с помощью гидроцилиндров 4 и 5 и тяг б. Бункер-накопитель имеет свою гидросистему, которая включает насос с приводом от электродвигателя, распределитель и масляный бак.
Формула (2.4) применима и для определения необходимой высо ты бункера-накопителя. Коэффициенты в данной формуле следует принимать равными единице, т.е. К з = I, 4 = І. На ос новании исследований формулы (2.4) разработана номограмма (рис.2.2) для определения высоты телескопической емкости бунке ра. Порядок пользования номограммой следующий. При заданной разо вой норме выдачи корма 0,# животным, отложенной на оси ординат, проводится прямая до пересечения с лучом, показывающим количест во животных N , которое необходимо обслужить одним кормораз датчиком за одну раздачу. В нашем случае разовая норма выдачи равна 25 кг, число животных 100 голов. Затем из точки пересече ния прямой с лучом проводится вертикальная прямая до пересечения с лучом, показывающим плотность корма (в рассматриваемом случае
Установка и оборудование для экспериментальных исследований
Исследование процесса выравнивания свободной поверхности и плотности кормового слоя, а также процесса перегрузки сформированного кормового слоя из бункера-накопителя в бункер дозатора проводилось на экспериментальной установке [бі] і Общий вид и схема установки показаны на рис.3.1. и 3.2.
Установка включала бункер-накопитель І, имеющий телескопическую емкость и установленный на опорах, разравнивающее устройство 2, расположенное в верхней части бункера-накопителя I, про межуточный 5 и загрузочный 3 транспортеры, а также бункерный дозатор б. Бункерный дозатор б устанавливался под бункером-накопителем I и имел индивидуальный привод от электродвигателя. Экспериментальная установка позволяла в необходимых пределах варьировать значениями факторов, влияющими на исследуемые процессы. В частности, использование в установке бункерного дозатора 6 позволяло осуществлять загрузку бункера-накопителя с разной производительностью и разными значениями неравномерности кормового потока.
Привод рабочих органов бункерного дозатора б и разравнивающего устройства 2. осуществлялся от электродвигателей. С целью исключения влияния погрешности, создаваемой подающим транспортером бункерного дозатора, его привод обеспечивал плавное движение цепи подающего транспортера (рис.3.3).
Выгрузка кормовой массы из бункерного дозатора б производилась на промежуточный ленточный транспортер 5, который выполнял одновременно и роль контрольного. В качестве загрузочного транспортера 3 использовался цепочно-планчатый транспортер ТС-40С.
Бункер-накопитель I включал телескопическую емкость, максимальная вместимость которой была равна вместимости бункера-дозатора б. В нижней части бункер-накопитель I имел открывающиеся створки. Открытие и закрытие створок осуществлялось посредством гидроцилиндров, приводимых в действие от гидросистемы.
Изменение объемной вместимости бункера-накопителя производилось путем перемещения верхней подвижной части емкости совместно с установленным на ней разравнивающим устройством относительно неподвижно закрепленной на опорах нижней ее части. Скорость пере мещения каретки разравнивающего устройства устанавливалась с помощью вариатора, путем изменения частоты вращения ведущего вала цепной передачи поступательного перемещения каретки Варьирование значением линейной скорости граблины осуществлялось путем изменения передаточного отношения между электродвигателем и ведущим валом граблины.
Работа экспериментальной установки происходила следующим образом. В начальный момент корм вручную загружался на промежуточный транспортер 5,! а с него подавался на загрузочный транспортер 3 TG-40C и далее в бункер-накопитель I. Загрузка бункера- накопителя I производилась как без разравнивания, так и с помощью корморазравнивающего устройства 2. После того, как емкость бун-кера накопителя была заполнена, его створки открывались, и сформированный кормовой слой перегружался в бункер дозатора б (рис.3.1).
Для последующего проведения опытов в установленном порядке изменялось значение одного из факторов разравнивающего устройства 2 или бункерного дозатора б, и производилась загрузка бункера-накопителя I уже с помощью бункерного дозатора 6, который выполнял в этом случае роль бункерного питателя.
Физико-механические свойства кормов
При работе кормоприготовительных и раздающих машин, корма подвергаются различным воздействиям рабочих органов, а также влиянию окружающей, среды (влажность, давление и т.д.) в результате чего изменяются их физико-механические свойства в довольно широ-ком диапозоне.
Академик В.П.Горячкин [ 47J всегда указывал на важность изучения физико-механических свойств материалов. В то же время он отнечал необходимость связи такого изучения с задачами исследования процессов сельскохозяйственных машин, так как; изучение свойств материалов в отрыве от технологии бесполезно.
В таблице 4.1 и на рисунках приведены физико-механические свойства кормов, использованных при исследованиях.
Известно, что основными факторами, оказывающими значительное влияние на изменение плотности корма, являются влажность и степень его измельчения.
На рис.4.1 и рис.4.2 представлена экспериментально установленная зависимость плотности р зеленых кормов из кукурузы и люцерны, а также кормосмеси от их влажности W и средней длины частиц Up . При сопоставлении полученных данных видно, что величина плотности р в большей степени зависит от фактора влажности, чем от средней длины частиц Сер . Из графиков также видно, что интенсивность изменения плотности для разных видов кормов неодинакова, и объясняется это разной средней ДЛИНОЙ частиц корма.
Большое влияние на процесс загрузки бункера кормом оказывает его угол естественного откоса , который, в свою очередь, зависит как от влажности Ц/ , так йот средней длины частиц frcp . Данный фактор определяет время формирования основного конуса объемом VOCHK , и, следовательно, время работы корморазравнива-ющего устройства, отчего в конечном итоге зависит неравномерность загрузки бункера кормом. Из графиков, представленных на рис.4.2 и рис.4.3, следует, что характер изменения угла естественного откоса корма, как от влажности W , так и средней длины частиц Сер аналогичен. кормового слоя Известно, что равномерная выдача корма бункерными дозирующими устройствами возможна только лишь в случае подачи к кормо-отделителям слоя корма с ПОСТОЯННОЙ ВЫСОТОЙ его поперечного сечения и постоянной плотностью, т.е.
Однако процесс заполнения кормом широкой призматической емкости, каким является бункер кормораздатчика КТУ-10, сопровождается образованием бурта в форме кругового конуса, с основанием радиуса К = n0t(JO t где о « угол естественного откоса корма [77 ] , (рис.4.4).
Очевидно, что угол естественного откоса корма определяет радиус нижнего основания конуса и, следовательно, его объем, который, в свою очередь, определяет неравномерность высоты поперечного сечения и плотности кормового слоя по длине бункера. Данный факт подтверждается зависимостью 0 5 -у\Ъ) , представленной на рис.4.5.
Опытами также установлено, что,кроме физико-механических свойств корма,на неравномерность загрузки существенное влияние оказывает производительность загрузки.
Аналіз зависимостей 0$-j- (QST?) , представленных на рис. 4.6 , показывает, что это влияние для различных видов кормов неодинаково. Из графиков видно, что при загрузке бункера-накопителя кормом с большей средней длиной частиц, кормовой слой характеризуется и меньшей величиной неравномерноети загрузки. Это объясняется тем, что с увеличением средней длины частиц W, увеличивается связность корма и, следовательно, увеличивается угол естественного откоса, что подтверждается зависимостью рис.4.2 .
Из графиков, представленных.на рис.4.6 , видно, что с увеличением производительности загрузки цътр до 2,8...4,2 кг/с наблюдается снижение величины и І , а дальнейшее увеличение производительности USTP ведет к повышению показателя Ьъ .
