Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы механизации процесса раздачи и приготовления кормов свиньям. Цель и задачи исследований 19
1.1. Основы технологии производства продуктов свиноводства 19
1.2. Физиологические основы кормления и содержания свиней. Зоотехнические требования к машинам для приготовления и раздачи кормов 23
1.3. Особенности приготовления сухих рассыпных кормовых смесей. Зоотехнические требования смесители кормов 30
1.4. Средства механизации технологических линий приготовления и раздачи кормов на свинофермах и их анализ 32
1.4.1. Смесители кормов и их анализ 32
1.4.2. Средства механизации технологических линий раздачи кормов на свинофермах и их анализ 41
1.4.3. Дозаторы кормов и их анализ 52
1.5. Состояние научных исследований по проблеме процессов приготовления и раздачи кормов 57
1.6. Выводы. Цель и задачи исследований 78
2. Теоретические исследования и обоснование процессов средств механизации приготовления и раздачи кормов 83
2.1. Методика оценки эффективности технологических линий приготовления и раздачи кормов 83
2.2. Обоснование структуры поточной технологической линии раздачи кормов 96
2.3. Обоснование рациональных конструктивно-технологических схем средств механизации приготовления и раздачи кормов 101
2.4. Обоснование параметров процесса смешивания в шнеколопастном смесителе 109
2.4.1. Обоснование конструктивно-технологических параметров смесителя 109
2.4.2. Анализ энергозатрат процесса приготовления корма в шнеколопастном смесителе 122
2.5. Расчетно-теоретический анализ конструктивно-технологических и режимных параметров процесса дозирования кормораздатчика, оснащенного шнековыми дозирующими органами с управляемой захватывающей способностью 127
2.5.1. Анализ и обоснование влияния конструктивных и режимных параметров на количественные и качественные показатели дозирующего органа кормораздатчика 127
2.5.2. Анализ и обоснование влияния конструктивно-режимных параметров шнекового дозирующего органа с управляемой захватывающей способностью на энергетические показатели 131
2.6. Расчетно-теоретический анализ конструктивно-технологических и режимных параметров процесса дозирования кормораздатчика, оснащенного шнековыми дозирующими органами с активным каналом обратного хода 134
2.6.1. Анализ и обоснование влияния конструктивных и режимных параметров на количественные и качественные показатели дозирующего органа кормораздатчика 134
2.6.2. Анализ и обоснование влияния конструктивно-режимных параметров шнекового дозирующего органа с активным каналом обратного хода на его энергозатраты 138
2.7. Расчетно-теоретический анализ конструктивно-технологических и режимных параметров процесса дозирования раздатчика с барабанными дозаторами с подвижными элементами в ячейках 141
2.7.1. Обоснование и анализ влияния конструктивных параметров раздатчика с барабанными дозаторами с подвижными элементами в ячейках на количественные и качественные показатели 141
2.7.2. Анализ и обоснование влияния конструктивно-режимных параметров барабанного дозатора с подвижными элементами ячейках на энергозатраты 145
2.8. Расчетно-теоретический анализ конструктивно-технологических и режимных параметров раздатчика с барабанными дозаторами с подвижными лопатками в ячейках 152
2.8.1. Обоснование и анализ влияния конструктивных параметров раздатчика с барабанными дозаторами с подвижными лопатками в ячейках 152
2.8.2. Анализ и обоснование влияния конструктивно-режимных параметров барабанного дозатора с подвижными лопатками ячейках на энергозатраты 160
2.9. Анализ влияния конструктивно режимных параметров барабанного дозатора на технологические свойства кормораздатчика 161
2.10. Обоснование конструктивно-технологических и энергетических параметров ходовой части электромобильного кормораздатчика 163
2.10.1. Обоснование конструктивных параметров ходовой части кормораздатчика 163
2.10.2. Анализ тягово-скоростных свойств кормораздатчика и энергозатрат процесса раздачи 168
2.10.3. Выбор варианта системы раздачи кормов 192
2.11. Выводы по разделу 199
3. Методика экспериментальных исследований процесса механизации приготовления и раздачи кормов 203
3.1. Программа экспериментальных исследований 203
3.2. Общая методика экспериментальных исследований 206
3.3. Методика исследования физико-механических свойств кормов 209
3.4. Методика определения коэффициента бокового давления в ячейке барабанного дозатора 210
3.5. Методика экспериментальных исследований истечения корма из бункера 212
3.6. Методика исследования рациональных конструктивных и режимных параметров шнекового дозатора с управляемой захватывающей способностью в зоне загрузки 214
3.7. Методика исследования влияния конструктивных и режимных параметров шнекового дозатора с активным каналом обратного хода 217
3.8. Методика исследования барабанного дозатора с подвижными элементами в ячейках 219
3.9. Методика исследования барабанного дозатора с подвижными лопатками в ячейках 222
3.10. Методика исследования электромобильного кормораздатчика для свиней 225
3.10.1. Методика исследования касательного напряжения сдвигу и вертикального давления в зоне загрузочного окна 225
3.10.2. Методика исследования показателей качества и технологических параметров кормораздатчика от высоты корма в бункере 228
3.10.3. Методика исследования радиуса качения колеса 228
3.10.4. Методика исследования показателей эффективности кормораздатчика 229
3.11. Методика исследования параметров шнеколопастного смесителя 235
3.11.1. Методика исследования удельного сопротивления перемещению лопатки и лопасти 235
3.11.2. Методика исследования показателей качества и энергозатрат шнеколопастного смесителя 236
3.12. Выводы по разделу 240
4. Результаты экспериментальных исследований процессов механизации приготовления и раздачи кормов 242
4.1. Результаты исследований процесса истечения корма из бункера 242
4.2. Результаты исследований процесса дозирования рабочими органами кормораздатчика 244
4.2.1. Результаты исследований процесса дозирования шнековым дозатором с управляемой захватывающей способностью в зоне загрузки 244
4.2.2. Результаты исследований процесса дозирования шнековым дозатором с активным каналом обратного хода 249
4.2.3. Результаты исследований процесса дозирования барабанным дозатором с подвижными элементами в ячейках 254
4.2.4 Результаты исследований процесса дозирования барабанным дозатором с подвижными лопатками в ячейках 261
4.3. Результаты исследования процесса раздачи корма электромобильным кормораздатчиком 266
4.3.1. Результаты исследования показателей качества и энергоемкости процесса дозирования от параметров бункера 266
4.3.2. Результаты исследования влияния вертикальной нагрузки на радиус качения 269
4.3.3. Обоснование рациональных параметров электромобильных кормораздатчиков 270
4.4. Результаты исследований процесса смешивания шнеколопастного смесителя сухих рассыпных кормосмесей 274
4.4.1. Результаты исследования удельного сопротивления перемещению лопатки и лопасти 274
4.4.2. Результаты исследования показателей качества и энергоемкости шнеколопастного смесителя 275
4.5. Выводы по разделу 280
5. Производственные испытания и технико-экономическая эффективность внедрения результатов исследований средств механизации приготовления и раздачи кормов . 284
Выводы по 5 разделу 294
Заключение 295
Список литературы 300
- Физиологические основы кормления и содержания свиней. Зоотехнические требования к машинам для приготовления и раздачи кормов
- Обоснование конструктивно-технологических параметров смесителя
- Методика исследования показателей эффективности кормораздатчика
- Производственные испытания и технико-экономическая эффективность внедрения результатов исследований средств механизации приготовления и раздачи кормов
Введение к работе
Актуальность темы. В АПК создается около трети национального дохода страны. От его эффективности в значительной мере зависят экономический и политический потенциал государства. Существенная роль принадлежит АПК также в обеспечении населения продуктами животноводства.
В соответствии с медицинскими нормами при 81 кг на человека в России потребляется мяса и мясопродуктов 75 кг. Удовлетворение потребности населения России в мясе осуществляется как за счет собственного производства, так и за счет импорта. На получение единицы продукции животноводства в России по сравнению с западными странами затраты энергии больше в 2,5–3, кормов – в 2,5–3,5, а по использованию потенциала животных в 2–2,5 раза.
В стране большое внимание уделяется строительству крупных свиноводческих ферм, кроме того, существует большое количество ферм на 500 – 3000 свиней. На них производится до 40% свинины. Применяемые технологии и выпускаемые машины для таких ферм не в полной мере обеспечивают конкурентоспособность отечественного животноводства.
Небольшие фермы рассредоточены по селам, при слабом уровне механизации и автоматизации, при этом имеют ряд преимуществ: они приближены к дешевым естественным источникам кормов; являются важным социальным аспектом для устойчивого развития сельских территорий. Развитие сельского хозяйства позволит возродить село, обеспечить население отечественным продовольствием.
Наибольшая эффективность технологических линий приготовления и раздачи кормов зависит от следующих параметров: сбалансированности кормовой смеси по питательным веществам и витаминам; неоднородности качественного состава смеси; точности дозирования кормовой смеси рабочими органами кормораздатчика; энергозатратами на производство единицы продукции; надежности технологических линий; своевременности выдачи корма животным.
В настоящее время на фермах используется большое разнообразие машин отечественного и зарубежного производства для механизации процессов раздачи и приготовления кормов. Однако они не всегда удовлетворяют зоотехническим требованиям, имеют низкую энергоэффективность. Наличие индивидуальных и групповых кормушек прерывистого ряда выдвигает требования к машинам по обеспечению дозированной выдачи в порционном и непрерывном режимах.
При кормлении свиней сухими рассыпными кормосмесями и влажными мешанками при индивидуальном и групповом содержании животных более эффективны электромобильные раздатчики кормов, обеспечивающие смешивание, транспортировку и регламентированную выдачу кормосмесей.
Для увеличения количества обслуживаемых животных одним кормораздатчиком и коэффициента использования таких кормораздатчиков в помещениях с несколькими линиями кормораздачи в моноблочных помещениях с центральной галереей и при павильонной застройке помещений, соединенных галереей или кормовым проходом, применяют координатную систему раздачи.
Несовершенные технологии и технические средства, применяемые на небольших и средних свиноводческих фермах, в процессе скармливания создают предпосылки для недоиспользования питательной ценности кормов на 25…30%, при неравномерной раздаче – до 24%.
Затраты электрической энергии на привод рабочих органов машин для раздачи и приготовления кормов достигают 60% от общего потребления электрической энергии на свинофермах.
Одним из путей повышения эффективности производства высококачественной продукции на малых и средних фермах являются техническое и технологическое перевооружение и реконструкция на базе новейших достижений технического прогресса, создание систем машин и поточных линий, совершенствование технологий выполнения производственных процессов. Поэтому возникает необходимость в разработке и создании машин, обеспечивающих высокие показатели качества выполнения технологического процесса приготовления кормосмесей, дозированной раздачи кормов животным и энергоэффективности.
Выполненная работа предлагает решение одной из проблем обеспечения населения мясом свиней при снижении затрат на его производство за счет рационального использования кормового сырья, позволяющее увеличить их продуктивность и уменьшить энергозатраты.
Степень разработанности темы. Эффективность технического оснащения ферм во многом зависит от методологии ее обоснования. В разработку методологических основ обоснования системы машин для животноводства большой вклад внесли научно-исследовательские институты (Россельхозакадемия, ВНИИМЖ, ВИЭСХ, ВНИИТиН, ВНИПТИМЭСХ, ВНИИКОМЖ и др.) и исследователи А. А. Артюшин, Н. А. Босый, Б. И. Докин, А. И. Завражнов, В. Г. Коба, В. И. Коновалов, Л. П. Корманов-ский, Н. В. Краснощеков, В. И. Курдюмов, Ю. Б. Курков, Н. М. Морозов, В. А. Мухин, Е. И. Резник, П. А. Савиных, Г. К. Скоркин, В. А.Сысуев, И. К. Текучев, Н. П. Тиша-нинов, Л. М. Цой, Ю. А. Цой и другие ученые.
Разработаны математические модели для оценки качества работы системы машин технологических линий с помощью показателя эффективности, связывающего надежность с показателями производительности и величины ущерба. Показатель эффективности характеризует степень выполнения поставленной задачи, учитывающий надежность машин.
Научная проблема. Разработка и адаптация технологических и технических решений машинных технологий приготовления кормосмесей и применения электромобильных кормораздатчиков, оснащенных перспективными рабочими органами, позволит улучшить показатели качества и затрат энергии в линиях кормления в свиноводстве.
В связи с этим целью настоящего диссертационного исследования является повышение эффективности технологического процесса приготовления и выдачи кормо-смесей на свинофермах путем разработки технических средств с применением методики оценки технологических линий по показателям качества и удельных энергозатрат осуществляемых процессов.
В соответствии с поставленной целью в работе поставлены задачи исследований:
1. Обосновать на основе анализа отечественных и зарубежных технологий и
технических средств приготовления и раздачи кормов в свиноводстве перспективные
конструкции смесительных и дозирующих устройств и координатной системы кормо-
раздачи.
2. Р азработать методику оценки эффективности технологических линий, учиты
вающую погрешность нормы выдачи кормовых порций, энергозатраты на смесеобра
зование и раздачу кормов, в зависимости от количества обслуживаемых линий кормо-
раздачи.
3. На основе теоретических исследований выявить закономерности влияния
конструктивно-технологических и режимных параметров рабочих органов перспек
тивных устройств на их производительность, мощность и удельные энергозатраты.
-
По результатам экспериментальной проверки теоретических предложений и разработанных функциональных моделей обосновать оптимальные конструктивные, кинематические и технологические параметры разработанных устройств.
-
Провести сравнительную оценку эффективности предложенных технических средств приготовления и раздачи кормов.
Объект исследования. Технологические процессы и технические средства приготовления кормосмесей свиньям и их раздачи.
Предмет исследования. Закономерности, условия и режимы осуществления технологического процесса рабочими органами технических средств смесеобразования, дозированной выдачи и раздачи кормов свиньям.
Научная новизна:
– разработана методика оценки эффективности технологических линий, учитывающая погрешность нормы выдачи кормовых порций, энергозатраты смесеобразования и раздачи кормов, количество обслуживаемых линий кормораздачи;
– уточнены классификации смесителей и кормораздатчиков, позволившие определить перспективные направления совершенствования конструктивно-технологических схем машин и их рабочих органов, обеспечивающих приготовление и регламентированную раздачу кормов свиньям в индивидуальные и групповые кормушки;
– разработаны аналитические выражения рабочих процессов шнеколопастного смесителя и электромобильных кормораздатчиков с ходовой частью на пневматических колесах, оснащенных шнековыми и барабанными дозирующими органами;
– получены функциональные модели, адекватно описывающие рабочие процессы смесителя с комбинированным шнеколопастным рабочим органом, шнековых и барабанных дозаторов, обеспечивающих снижение затрат энергии и неравномерности дозирования при выдаче кормов.
Новизна предлагаемых технических решений по рассматриваемой проблеме подтверждается 14 патентами и авторскими свидетельствами.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Теоретическая значимость заключается в разработке и обосновании методов, алгоритмов расчета, позволяющих оценивать эффективность технологических линий приготовления и раздачи кормовых смесей с возможностью анализировать работу предлагаемых смесителей и электромобильных кормораздатчиков с рациональными конструктивными параметрами и режимами работы.
Практическая значимость работы заключается в создании методов, позволяющих совершенствовать технологическое оборудование линий приготовления кормовых смесей и дозированной раздачи кормов свиньям. Предложенная методика оценки машинных технологий раздачи кормов позволяет аналитически сравнивать различные варианты, в том числе перспективные.
По обоснованным рациональным конструктивно-технологическим и режимным параметрам созданы технические средства линий приготовления и раздачи кормов свиньям: электромобильные кормораздатчики с ходовой частью на рельсовом ходу или пневматических колесах, оснащенных шнековыми или барабанными дозаторами; шнеколопастной смеситель сухих рассыпных кормосмесей.
Разработаны инженерные методы расчетов производительности и удельных энергозатрат технических средств технологических линий приготовления и раздачи кормов, разработанных рабочих органов, а также оценки показателей качества их работы, которые позволяют определить рациональные параметры дозированной раздачи и смешивания кормосмесей.
Разработанные электромобильные кормораздатчики и смеситель сухих рассыпных кормосмесей прошли испытания и внедрены в ряде свиноводческих ферм.
По рассматриваемым вопросам создана и внедрена в учебный процесс научно-учебная, методическая и техническая база для подготовки студентов агроинженерного направления высшего образования.
Методология и методика исследования. Системный и структурный анализ и синтез, численные методы, методы статистических исследований, сравнительный эксперимент.
Теоретические исследования выполнялись с использованием положений, законов и методов классической механики, математики и математического моделирования.
Предложенные рабочие органы средств механизации раздачи и приготовления кормов исследовались в лабораторных и производственных условиях в соответствии с действующими ГОСТами, ОСТами, РД, СТО АИСТ 19.2–2008, СТО АИСТ 1.14–2012 и другими, разработанными частными методиками, с использованием сертифицированных приборов и оборудования.
Обработка результатов экспериментальных исследований осуществлялась на ПЭВМ программами: Statistica, MathCAD, Excel, Borland Delphi 7,0, Компас 3D V14.
Достоверность результатов диссертационного исследования подтверждается: сходимостью теоретических и экспериментальных результатов; проведением сравнительных и производственных исследований; сходимостью полученных результатов с результатами исследований других авторов, занимающихся данной тематикой; использованием современных приборов и оборудования; внедрением разработанных смесителей и кормораздатчиков в хозяйствах, занимающихся производством свинины; выступлениями с результатами исследований на международных и всероссийских научных конференциях, одобрением докладов и публикаций в открытой печати.
Положения, выносимые на защиту:
– методика оценки эффективности технологических линий приготовления и раздачи кормов, учитывающая погрешность нормы выдачи кормовых порций, энергозатраты смесеобразования и раздачи кормов, количество обслуживаемых кормовых проходов;
– конструктивно-технологические схемы и математические модели, описывающие процессы смешивания сухих рассыпных кормосмесей, дозированной раздачи кормов, параметры, оптимальные и рациональные режимы работы, обеспечивающие снижение затрат энергии и неравномерности дозирования при выдаче кормов свиньям в индивидуальные и групповые кормушки;
– закономерности влияния конструктивно-технологических и режимных параметров рабочих органов перспективных устройств на их производительность, мощность и удельные энергозатраты и на их основе обоснованные оптимальные и рациональные конструктивно-кинематические параметры предложенных устройств;
– новые методики и экспериментальные установки исследования предложенных технических средств;
– результаты проверки эффективности средств механизации, подтвержденные производственными испытаниями, при их реализации в хозяйствах Тамбовской области.
Апробация работы. Результаты исследований доложены и одобрены на международных научных и научно-практических конференциях: Российская Федерация – ФГБОУ ВО «ТГТУ», ФГБОУ ВО «Мичуринский ГАУ», ФГБНУ ВНИИТиН, ФГБОУ ВО «Пензенская ГСХА», ФГБНУ ВНИИМЖ, Национально-исследовательский университет МГУ им Н. П. Огарева, ФГБОУ ВО «Рязанский ГАТУ им П. А. Костычева»,
ФГБОУ ВО «Ставропольский ГАУ», ФГБОУ ВО «СГАУ им. Н. И. Вавилова», ФГБОУ ВО «Ижевская ГСХА», ФГБОУ ВО «Башкирский ГАУ», ФГБОУ ВО «Казанский НИТУ им. А. М. Туполева-КАИ», ФГБОУ ВО «ВГЛТУ им. Г. Ф. Морозова», Краснодарский НИИХП-филиал ФГБНУ СКФНЦСВВ; за рубежом – УО «Белорусский ГАУ» (г. Минск), РГП «Западно-Казахстанский АТУ им Жангир хана (Казахстан, г. Уральск), Евразийский национальный университет им. Л. Н. Гумилева (Казахстан, г. Астана).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 83 печатных изданиях общим объемом 125,8 п. л., в том числе 24 публикации, рекомендованные ВАК РФ, 2 за рубежом, 6 монографий, учебных и учебно-методических пособий, 14 авторских свидетельств и патентов РФ на изобретения. Лично автору принадлежит 32,1 усл. печ. л.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 344 страницы машинописного текста, 142 рисунка, 23 таблицы и 5 приложений (37 с.). Список литературы включает 411 наименований, в том числе 14 на иностранном языке.
Физиологические основы кормления и содержания свиней. Зоотехнические требования к машинам для приготовления и раздачи кормов
Поточная система производства свинины - основа интенсивной технологии. Ритм производственного процесса принимается 1...4 дня или кратным 3-4, 7 или 14 и т.д. дней, в зависимости от вместимости фермы[303, 320].
Продуктивность свиней зависит от многих факторов: породы, методов разведения, условий кормления и содержания животных, ухода за ними, применяемых технологий, организации производства и т.д. [20, 25, 145, 199, 262, 157, 225, 226, 227].
Кормление определяет скорость развития, рост и массу тела животных, то есть их продуктивность. При скудном кормлении малопитательными кормами животные медленно растут, позднее становятся половозрелыми. Корма и кормление оказывают гораздо большее влияние на организм животного, чем порода и происхождение. Кормление животных является решающим в племенном деле - поддержании и совершенствовании существующих и создании новых пород и типов животных; высокопродуктивные породы свиней получаются только в условиях полноценного кормления, при плохом кормлении животные быстро вырождаются, теряют свои ценные продуктивные и племенные качества [401].
Современному потребителю нужна свинина с умеренным количеством жира и высоким содержанием белка. Исследования влияния уровня кормления растущим и откармливаемым свиньям мясного типа описывается зависимостями [226]:
а) живая масса 25-40 кг у = 4,873 ОЭ + 0,525 (ЖМ) ; Ж = 13,0 ОЭ — 4,011 (ЖМ) ;
б) живая масса 40-70 кг у = 4,468 ОЭ + 0,047 (ЖМ); Ж = 15,87 ОЭ – 3,759 (ЖМ);
в) живая масса 70-100 кг у = 3,027 ОЭ + 188 (ЖМ); Ж = 16,28 ОЭ – 3,125 (ЖМ), где у – величина отложения белка, кг;
Ж – величина отложения жира, кг;
ОЭ – количество обменной энергии в корме, МДж;
(ЖМ) - живая масса животного, кг.
Приведенные уравнения показывают, что, ограничивая потребление корма растущим и откармливаемым свиньям, можно влиять на содержание белка в тушах [226]. При снижении нормы кормления происходит уменьшение на аналогичную величину среднесуточных приростов и возрастание затрат кормов [226].
Наряду с кормлением на мясные качества туш оказывает влияние предубойная масса откармливаемых свиней. Оптимальной массой свиней мясного типа является 85-95 кг [226].
Потребность растущих и откармливаемых свиней в энергии выражается уравнением регрессии [226]:
у = 162,5 х1+28,00 х2, где у - потребность свиней в обменной энергии, МДж;
х1- живая масса, кг;
х2- среднесуточный прирост живой массы, кг.
Для реализации высокого потенциала роста и эффективности использования потребляемых кормов требуется обеспечить соответствие потребляемой энергии, отдельных питательных и биологических активных веществах в определенных количествах и соотношениях. Недоучет какого-либо из факторов может негативно отразиться на полноценности кормления и продуктивности свиней [226]. Особенностью свиней является синтез и отложение белка за счет жирового депо при недокорме и общем отрицательном балансе энергии при достижении живой массы 70-80 кг. Поэтому кормление свиней до достижения живой массы 70 кг должно быть обильным, а во второй период откорма – ограниченным [226].
Свиней кормят сухими, влажными и жидкими кормами, каждый из которых имеет преимущества и недостатки [172, 182, 395]. Полнор ационны е комбикорма используют как влажными, так и сухими в рассыпном и гранулированном видах. Комбикорм скармливают свиньям в сыром виде, так как варка разрушает большинство витаминов и антибиотиков [226]. При скармливании сухого корма проще автоматизировать и механизировать процесс кормораздачи. Однако сухая кормосмесь хуже переваривается и усваивается животными, вызывает гастрит, язву желудка и кишечника, наблюдается пыление и просыпание в навозные каналы [119]. Пыление вызывает пневмонию и бронхит [346]. Гранулированные корма повышают калорийность комбикормов на 10-15% за счет повышения усвояемости клетчатки из-за тепловой обработки кормов в процессе прессования [403]. При кормлении гранулами учащаются случаи поражения желудочно-кишечного тракта [403].
Влажные корма повышают усвояемость корма, уменьшаются потери корма и загрязненность помещения. По сравнению с жидким технологически процесс кормления влажным кормом более трудоемкий [402]. Подверженность влажного корма к брожению предъявляет дополнительные требования к очистке и промывке оборудования. По сравнению с сухим применение влажного кормления снижает затраты корма на единицу прироста на 3-10%, повышает среднесуточный привес на 4,0-10,0% и [402]. По рекомендациям БЕЛНИИЖ оптимальная кормосмесь должна иметь вид крупчатой рассыпчатой каши влажностью 70-75% [244]. Наибольший эффект при скармливании дают увлажненные кормосмеси влажностью 60-75% [20, 25, 179].
Жидкие корма при откорме свиней позволяют лучше сбалансировать рацион кормления, снизить потери корма, полностью механизировать и автоматизировать процесс раздачи [119, 406]. При скармливании кормосмесей в полужидкой и жидкой форме (влажность более 75%) снижаются секреторная функция слюнных желез, кислотность содержимого желудка, перевариваемость и усвояемость питательных веществ [157, 119, 348].
В фермерских хозяйствах (до 3000 голов) используют комбикорма, концентраторы, и собственные корма. В зависимости от природной зоны используют концентратно-картофельный, концентратно-корнеплодные или концен-тратно-травяной тип кормления [145, 157, 164, 166, 168]. Включение в рационы свеклы, картофеля, комбинированных силосов, зеленой массы позволяет снизить до 67 % долю концентрированных кормов в рационах свиней при одновременном повышении продуктивности свиней [20, 25]. Кормосмесь дают в виде влажных однородных мешанок: концентраты смешивают с сочными или зелёными кормами в смесителях. Влажность должна быть 60-75% [226].
На поедаемость, эффективность использования кормов и продуктивность свиней существенное влияние оказывает подготовка кормов к скармливанию. Способ подготовки зависит от вида корма [254]. Подготовка кормов к скармливанию предусматривает термические, химические, термохимические гидробаротермические и биологические способы. Повышение качества кормосмесей достигается улучшением качества заготавливаемых кормов, добавления к кормам специальных ферментов и белково-витаминных добавок, использования нетрадиционных кормов [77, 157].
Важным условием высокой продуктивности откармливаемых свиней является формирование производственных групп. Индивидуальное содержание и кормление поросят или группами (гнездами) позволяет получать повышенную продуктивность, но требует значительного увеличения производственных площадей и затрат труда, приводящее к удорожанию производства свинины [226].
Фермерские свиноводческие хозяйства содержат откармливаемых свиней в станках по 25-30 голов. У создаваемой группы свиней (при объединении) устанавливается иерархическое ранжирование, приводящие к стрессу. Рекомендуют следующие размеры фронта кормления на одну голову: для хряков производителей при индивидуальном и групповом содержании - 0,5 м; для подсосных, холостых и супоросных свиноматок 0,4 - 0,45 м; для ремонтного молодняка - 0,3 м; для поросят двух - четырехмесячного возраста 0,2 м; для откормочных свиней в возрасте до 4,5 месяца до достижения живой массы 100 кг - 0,3 м; свыше 100 кг – 0,35 - 0,38 м. Для влажных кормов глубина кормушек должна составлять не менее половины ширины их в верхней части [226, 320]. Для лучшего использования производственных площадей допускается на откорме иметь на одно кормо-место два-три животных [242].
Способы содержания свиней зависят от зоны расположения хозяйства, специализации фермы, структура стада, возрастно-половых групп животных и типа их кормления. На откорме свиней применяют их безвыгульное содержания в групповых станках. На маточных фермах холостых и легко супоросных свиноматок содержат группами до 20 голов в станках, тяжелосупоросных и подсосных свиноматок - в индивидуальных станках [242].
Нередко в одном свинарнике в фермерских хозяйствах вдоль кормушек размещают не одинаковые по массе (возрасту), числу голов в станке группы животных. В этих случаях необходимо использовать раздатчик с выдачей по фронту кормления заданного количества корма как равнозначным, так и отличающимся по возрасту и поголовью группам свиней, размещенных в одном помещении или кормовом ряду [242].
Улучшенные технологии кормления и содержания, постоянная селекция позволяют производить свинину на 30% дешевле средненационального.
Обоснование конструктивно-технологических параметров смесителя
Одним из основных параметров смесителя является объем корпуса и соотношение его линейных размеров: длины - L, ширины - В и высоты - Н. Рекомендуемое для бункеров прямоугольной формы соотношение размеров Н : В : L=1 : 1 : 1, изменение которых может быть в пределах от 0,8 до 1,3.
Объем смесителя представляет сумму объемов простейших геометрических фигур, составляющих бункер (рисунок 2.16).
Основными конструктивными параметрами участка перемешивающе-транспортирующих лопаток являются: наружный радиус лопаток RnT., внутренний радиус лопаток гпт, диаметр вала dnT., принимаемый из конструктивных соображений равным диаметру вала на шнековом участке, шаг SnT и угол 0п т расстановки лопаток, угол установки лопаток относительно оси вала а (рисунок 2.17).
Ширина лопасти определяется по формуле [74, 144]:
Основными конструктивными параметрами участка перебрасывающих лопастей смесителя являются диаметр вала d, принимаемый по конструктивным соображениям равным диаметру вала на шнековом участке, диаметр очерчиваемый концами лопастей Dл.п., принимаемый также равным наружному диаметру шнековой навивки, ширина лопастей Вл.п. и число лопастей zл.п. (рисунок 2.18).
Основное назначение участка перебрасывающих лопастей - перемещение кормосмеси на второй рабочий орган, в таком случае лопасти должны быть параллельны оси вала. Ширина лопасти должна обеспечивать перебрасывание смеси, исключая ее прессование у торцевой стенки бункера. В таком случае где ко осевая скорость смеси при сходе с перемешивающе транспортирующей лопатки, м/с. С учетом конструктивных особенностей угловая скорость вращения участков перемешивающе-транспортирующих лопаток и шнековой навивки должны быть одинаковы, участка перебрасывающих лопастей и перемешивающе-транспортирующих лопаток также одинаковы (см. рисунок 2.5).
Максимальную скорость вращения шнековой навивки рекомендуется определять по формуле [77]:
Скорость вращения лопастей рекомендуется определять из условия, при котором центробежная сила, сообщаемая материалу вращающейся лопастью, должна быть меньше или равна силе тяжести самого материла [77]:
Для оценки процессов, происходящих в лопастном смесителе, и расчета конструктивных и режимных параметров необходимо знать условия взаимодействия лопаток и лопастей с сыпучим материалом (при движении лопасти в слое корма или обтекание ее потоком сыпучего материала) [144].
На частицу действуют сила трения, сила тяжести и центробежную сила (рисунок 2.19). При положении лопатки перпендикулярно оси вала частица не будет прижиматься к лопатке ни силой тяжести, ни центробежной силой, а, следовательно, не будет подвергаться воздействию силы трения.
Во всех других положениях частица будет прижиматься нормальной составляющей силы тяжести к лопатке, тем самым, обуславливая появление силы трения, которая будет препятствовать перемещению частицы под действием центробежной силы вдоль радиуса. Вторая составляющая силы тяжести будет стремиться сместить частицу по кратчайшему направлению по поверхности лопатки вниз. Соотношение значений центробежной силы и сил тяжести и трения, в зависимости от конкретного положения лопасти и угла ее поворота, будет определяющим при перемещении частицы.
Теперь рассмотрим участок перебрасывающих лопастей. Возьмем частицу смеси, находящуюся на перебрасывающей лопасти на некотором радиусе RiB (рисунок 2.20). Величина радиуса в зависимости от коэффициента заполнения и объема смеси, достигающей участок, будет различной и изменяется в пределах от d/2 до R. На частицу будут действовать сила тяжести G, сила трения FТР В случае выполнения этого уравнения частица будет неподвижна, лопасти не будут перебрасывать корм, следовательно, необходимо, чтобы выполнялось неравенство
Проведем анализ данного неравенства. Угол поворота лопасти будем отсчитывать от горизонтальной плоскости, для нас представляет наибольший интерес угол, на котором будет происходить перебрасывание смеси - /3 для нашей конструкции смесителя (он составляет примерно 30). Значение коэффициента трения, различное для комбикормов, в среднем находится в пределах от 0,6 до 0,8. Частота вращения рабочих органов для смесителей периодического действия находится в пределах от 0,02 до 2 с . Рассчитаем значения суммы: tgg н при наибольшем значении радиуса лопастей Rf = 0,25м, и для на gRj глядности построим графики рисунок 2.21.
Анализ графика показывает, что при коэффициенте трения 0,7 перемещение смеси будет происходить на всем интересующем нас интервале, частота вращения в соответствии с рисунком 2.30, при которой начинается перемеще-ние смеси, начинается с 0,5 с . при угле поворота 330 , перемещение смеси бу-дет происходить на всем значении угла при частоте вращения более 2 с .
Перемещение частицы на участках перемешивающе-транспортирующих лопаток будет происходить в соответствии с неравенством (2.48), при учетом дополнительного условия, связанного с переменным углом наклона лопаток относительно оси вала. Это условие можно записать в виде неравенства:
Выражение (2.49) позволяет при известном значении коэффициента трения установить предварительное минимальное значение угла поворота лопатки относительно оси вала. Так, при значении коэффициента трения 0,7 минимальный угол установки лопаток будет равен 35 (рисунок 2.22).
Так как на втором участке перемешивающе-транспортирующих лопаток происходит частичное перебрасывание смеси, как и на участке перебрасывающих лопастей, частота вращения, удовлетворяющая участку перебрасывающих лопастей, удовлетворяет и второму участку перемешивающе-транспортирующих лопаток.
Отличие перемещения смеси на втором участке перемешивающе-транспортирующих лопаток, от первого будет заключаться в том, что первый рабочий орган смещает смесь к стенке, а на втором рабочем органе, вследствие его противоположного вращения, будет происходить перемещение смеси вдоль рабочего органа и частично перебрасываться на первую часть второго рабочего органа. Соотношение объемов смеси перемещаемой вдоль вала и перебрасываемой на другой рабочий орган определится соотношением линейных скоростей перемещения смеси вдоль рабочего органа и радиальной скорости по среднему радиусу. Значения скоростей определим по выражениям [77]:
Так как в результате исследования шнекового участка было установлено, что на нем будет происходить перемещение смеси при любом значении угловой скорости, то задавать оптимальное значение угловой скорости первого рабочего органа будет участок перемешивающе-транспортирующих лопаток. На этом участке граничным условием частоты вращения является не перебрасывание смеси на соседний рабочий орган и не выбрасывание смеси за пределы бункера, такое возможно при большой частоте вращения. При вертикальном положении лопатки высота подъема частицы может определиться по выражению: где vom - значение скорости частицы при ее сходе с лопатки, м/с.
Определение этой скорости, а, следовательно, и высоты подъема является затруднительным. С учетом рекомендаций максимальная оптимальная окружная скорость для лопастного смесителя достигает у =2 м/с Г345]. В таком
Из графика (рисунок 2.23), при радиусе лопаток, равном 0,25 м, частота вращения первой части рабочего органа будет достигать 1,27 с . Угловая скорость на первом участке перемешивающе-транспортирующих лопаток будет определяться в зависимости от радиуса по выражению (2.52) и (2.49). Теоретические значения угловых скоростей рабочих органов необходимо будет проверить экспериментально и при необходимости скорректировать.
Методика исследования показателей эффективности кормораздатчика
Для оценки влияния конструктивно-режимных параметров ходовой части, настроечных параметров дозирующих органов (величина открытия дозирующей заслонки шнекового дозатора; положение кольцевого копира или угол установки кулачка барабанного дозатора) на изменение технологических и энергетических показателей кормораздатчика была разработана экспериментальная установка (рисунок 3.17) [43, 44, 107].
Сравнительную оценку технологических и энергетических показателей кормораздатчиков проводили через: значение дозы корма в индивидуальной или групповой кормушке qинд, кг; неравномерность раздачи, определяемую коэффициентом вариации q, %; мощност ь на пр ивод рабочих орг анов, N, Вт, удельные затраты энергии на процесс раздачи Э, Втс/кг и технологический эффект Эт, (г/сут)/(Вт с/кг).
Технологический процесс работы кормораздатчика исследовался при раздаче в групповые и индивидуальные кормушки. Факторы, уровни их варьирования, критерии оценки кормораздатчиков приведены в таблице 3.10
Общий вид экспериментального кормораздатчика с электрогидромеханической трансмиссией представлен на рисунке 3.18.
Такая схема привода ходовой части позволяет плавно трогаться кормораздатчику с места, а также изменять поступательную скорость от нуля до максимума.
Общий вид кормораздатчика с электромеханическим приводом представлен на рисунке 3.19 (на пневматических колесах) и рисунках 3.20 и 3.21 (на рельсовом ходу). Ходовая часть кормораздатчика на рельсовых направляющих была заимствована от кормораздатчика КС-1,5.
Для перемещения вдоль линии раздачи через розетку кормораздатчик подключают к сети переменного тока и задатчиком скорости через инвертор задают необходимую скорость перемещения. Скорость перемещения при раздаче поддерживается управляющим датчиком скорости через инвертор.
Величина дозы корма в индивидуальной или групповой кормушке и коэффициент вариации определялись следующим образом. Вдоль направляющих 8 у каждой кормушки выставляли упоры 12 и 13 (см. рисунок 3.17). Устанавливали на необходимую норму выдачи корма дозирующий орган.
Доза корма в индивидуальную кормушку барабанным дозатором выдавалась 1-3 ячейками. Остановка привода барабанного дозатора при порционном режиме осуществлялась от бесконечного выключателя БВК-24 (рисунок 3.21) при входе в его прорезь металлических пластин. Доза корма в индивидуальную кормушку шнековым дозатором определялось временем открытия выгрузной заслонки (см. рисунок 3.17).
Бункер заполняется кормом необходимой влажности. Включалась в работу мешалка. Нажатием кнопки «вперед» кормораздатчик включался в работу и передвигался по направляющим 8 (см. рисунок 3.17).
Вдоль фронта кормления от упора 12 по сигналу датчика 11 без остановки кормораздатчика выдается заданная доза корма в кормушку.
С целью отбора и взвешивания корма в кормушках применялись полиэтиленовые мешки. Массу корма в кормушках взвешивали на технических весах с точностью 0,05 кг. За действительное значение дозы в кормушках принималось среднеарифметическое из пяти измерений.
Для исследования кормораздатчика, при выдаче в групповые и непрерывные кормушки в автоматическом режиме вдоль рельсового пути 8 (см. рисунок 3.17) установлены управляющие упоры включения 4 и выключения 5. Устанавливали не необходимую подачу дозатор. Дозатор переключался в непрерывную работу нажатием кнопки «вперед» кормораздатчик включался в работу. При непрерывно работающей мешалке включался привод ведущих колес. Кормораздатчик перемещается вдоль линии раздачи.
По сигналу датчика 3 от упора 4, в зависимости от типа дозатора (положение дозирующей заслонки у шнекового дозатора; положение кольцевого копира или кулачка у барабанного дозатора) осуществляется выгрузка корма с заданной подачей на транспортерную ленту 16 см. (см. рисунок 3.17).
Когда кормораздатчик проезжал расстояние 12 метров, по сигналу датчика 3 от упора 15 привод дозатора и ведущих колее отключаются. Пробы количества корма на одном вагонном метре на транспортной ленте 16 брались через метр, исключая при этом первый и последний метр транспортной ленты с кормом. Таким образом, из 12 метров бралось 10 метров розданного корма, из них 5 метров для замера. Мощность на привод определялась с помощью контрольно-измерительного комплекса К-505, и ваттметра Н-347.
С опытами по проведению точности формирования доз заданной величины совмещены опыты по определению потерь раздаваемых кормов.
Производственные испытания и технико-экономическая эффективность внедрения результатов исследований средств механизации приготовления и раздачи кормов
В результате проведенных комплексных научных исследований были разработаны и внедрены в хозяйствах Тамбовской области [45, 51, 65, 67, 68, 69, 70, 87, 91, 96, 98, 101, 102, 103, 105, 106, 360, 361, 362, 363, 364, 365]:
- барабанный дозатор с подвижными лопатками в ячейках, примененный на кормораздатчике для свиней с ходовой частью (а.с. 1727742) на пневматических колесах, позволяющий выдавать влажные мешанки свиньям в групповые и индивидуальные кормушки (рисунок 5.1) в ОАО «Путь к Коммунизму», Мордовского района, Тамбовской области;
- кормораздатчик (рисунок 5.2) с ходовой частью на пневматических колесах (а.с. 1727742), оснащенный барабанными дозаторами (а.с. 1717029) с подвижными элементами в ячейках, позволяющий выдавать кормовую смесь (смесь концентратов, корнеплоды, травяная мука, молочная сыворотка и минеральные добавки) в свинарнике-откормочнике в ОАО имени Ленина, Мордовского района, Тамбовской области (приложение В1);
- кормораздатчик для свиней (рисунок 5.3), оснащенный барабанными дозаторами (а.с. 1717029) с подвижными элементами в ячейках для выдачи запаренной кормовой смеси влажностью 60-80% на репродукторном комплексе в открытом акционерном обществе «Сатинский», Сампурского района, Тамбовской области (приложение В2);
- кормораздатчик для свиней (рисунок 5.4) с ходовой частью (а.с. 1727742) на пневматических колесах с электрогидромеханическим приводом, оснащенный шнековыми дозирующими органами (пат. 2171029) с активным каналом обратного хода при выдаче корма в групповые кормушки на свинотоварной ферме в ОАО «Красное Знамя», Рассказовского района, Тамбовской области (приложение В3);
- кормораздатчик для свиней (рисунок 5.5) с ходовой частью (а.с. 1727742) на пневматических колесах с электромеханическим приводом, оснащенный шнековыми дозаторами (пат. 2171029) с управляемой захватывающей способностью в зоне загрузочного окна при выдаче корма в групповые кормушки на свинотоварной ферме в ОАО «Красное Знамя», Рассказовского района, Тамбовской области (приложение В4);
- кормораздатчик для свиней (рисунок 5.6) с ходовой частью на пневматических колесах (а.с. 1727742) с электромеханическим приводом, оснащенный барабанными дозаторами (а.с. 1443865) с подвижными лопатками в ячейках при выдаче корма в индивидуальные кормушки на репродукторной свиноводческой ферме в ОАО «Дегтянский», Сосновского района, Тамбовской области (приложение В5);
- кормораздатчик для свиней (рисунок 5.7) с ходовой частью на пневматических колесах (а.с. 1727742) с электромеханическим управлением, оснащенный барабанными дозаторами (а.с. 1443865) с подвижными лопатками в ячейках при выдаче корма в групповые и непрерывные кормушки;
- кормораздатчик для свиней (рисунок 5.8) на рельсовой тележке, оснащенный шнековыми дозаторами (пат. 2290788) с управляемой захватывающей способностью в зоне загрузочного окна при выдаче корма в групповые кор 288 мушки поросятам-отъемышам на свиноферме в ОАО «Сатинское», Сампурско го района, Тамбовской области (приложение В6);
- кормораздатчик для свиней на рельсовой тележке, оснащенный шнеко-выми дозаторами (пат. 2290788) с активным каналом обратного хода при выдаче корма в групповые кормушки поросятам-отъемышам на свиноферме в кол-хозе-племзаводе имени Ленина, Тамбовского района, Тамбовской области;
- шнеколопастной смеситель (пат. 2381725) для приготовления сухих рассыпных кормосмесей (рисунок 5.9) для поросят-отъемышей на ферме в колхо-зе-племенном заводе имени В.И. Ленина, Тамбовского района, Тамбовской области (приложение В7).
Новизна предложенных технических решений подтверждена авторскими свидетельствами и патентами на изобретение (приложение А)
Разработанные кормораздатчики выдавали свиньям влажную мешанку (65-75%) и сухую рассыпную кормосмесь (10-14%) в индивидуальные и групповые кормушки. Настройка кормораздатчиков на необходимую норму выдачи осуществлялась дозирующими органами по разработанным номограммам: шнековые дозаторы с управляемой захватывающей способностью в зоне загрузки и активным каналом обратного хода – перемещением дозирующей заслонки; барабанный дозатор с подвижными элементами в ячейках – перемещением подвижного кольцевого копира; барабанный дозатор с подвижными лопатками в ячейках – углом поворота кулачка. При порционной выдаче кормов в индивидуальные кормушки в автоматическом режиме на барабанных дозаторах устанавливались дополнительные выключатели и съемные пластины на валах дозаторов (см. приложение В1, В2, В5). Числом пластин регулировалось количество одновременно выгружаемых ячеек.
Для свинарников с многорядным содержанием свиней применялись кормораздатчики с ходовой частью на пневматических колесах (приложение В1, В3, В4, В5, В8), позволяющие кормораздатчику самостоятельно переезжать с одной линии кормления на другую в пределах одного помещения при ограниченных условиях маневрирования (рисунок 5.10-5.11). Направленное движение кормораздатчика вдоль фронта кормления корректировалось оператором при помощи ручного управления.
В автоматическом режиме выдача корма в кормушки осуществлялась системой управления приводами дозаторов.
Для оценки предложенных кормораздатчиков потребовалось сопоставление показателей качества их работы с показателями серийной (базовой) машины. В качестве такой машины были приняты раздатчики КС-Ф-2,0М, КС-1,5, РС-5А и КС-Ф-0,8, находящихся в эксплуатации на свинофермах. Сравнительная оценка работы этих кормораздатчиков проводилась по следующим показателям: неравномерность раздачи корма по фронту кормления, отклонение фактически выданного корма от заданной нормы, удельные энергозатраты, показатель технологического эффекта. Результаты производственных испытаний кормораздатчиков представлены в таблицах 5.1-5.2.
Наибольшие удельные затраты энергии приходятся на привод смешивающего устройства в бункере кормораздатчика. Увеличение продолжительности процесса раздачи при непрерывно работающей мешалке в бункере кормораздатчике существенно повышает энергозатраты линии раздачи кормов, особенно при выдаче в индивидуальные кормушки с остановкой кормораздатчика у каждой кормушки.
Существенных различий в показателях качества и удельных затрат энергии при работе кормораздатчиков с ходовой частью на пневматических колесах и самоходной рельсовой тележкой не обнаружено.
В процессе испытаний механизмы раздатчика работали плавно, животные вели себя спокойно, случаев поломки и отказа узлов и деталей отмечено не было (см. приложения В1-В7).
Анализ оценочных показателей (таблицы 5.1-5.2) показывает: разработанные кормораздатчиками имеют улучшенные показатели качества и удельных затрат энергии по сравнению с базовой машиной КС-Ф-2,0М (неравномерность дозирования меньше в 2,1-4,2 раза при выдаче в групповые кормушки и в 3,2-4,2 раза при выдаче в индивидуальные; удельные затраты энергии меньше в 1,27-1,43 раза при выдаче в индивидуальные кормушки и в 1,39-1,66 раза в групповые); при выдаче в групповые кормушки технологический эффект больше в 1,25-1,5 раза, при выдаче в индивидуальные в 1,31-1,16 раза.
Из результатов испытаний электромобильных кормораздатчиков при выдаче корма видно, что при выдаче в индивидуальные кормушки технологический эффект разработанных кормораздатчиков находится в пределах от 0,738 до 0,838 (г/сут)/(Втс/кг), что больше, чем у кормораздатчика КС-Ф-2,0М в среднем в 1,23 раза; при выдаче в групповые кормушки технологический эффект находится в пределах 0,279-0,339 (г/сут)/(Втс/кг), что в среднем больше чем у базовой машины КС-Ф-2,0М в 1,33 раза. Эффект достигается за счет более высоких показателей качества и меньших энергетических затрат примененных кормораздающих устройств [117, 131].
Производственная проверка опытного образца шнеколопастного смесителя проводилась в колхозе-племенном заводе имени Ленина Тамбовского района Тамбовской области. В базовом варианте в кормоцехе приготовление корма осуществлялось комбикормовым агрегатом КУ 2-2. В проектном варианте вместо одного из смесителей КУ-100 был применен шнеколопастной смеситель.
Целью производственной проверка шнеколопастного смесителя было определение удельных энергозатрат процесса смешивания, качества получаемой смеси и производительности смесителя, а также оценка его эксплуатационной надежности [392]. Результаты испытаний и технические характеристики смесителей представлены в таблице 5.3 [131].