автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Энергоресурсосберегающие технологические средства и технологические линии приготовления и раздачи кормов в скотоводстве

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

О ОЯ На правах рукописи

> ;■: ДПР

СЫСУЕВ Василий Алексеевич

ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЛИНИИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И РАЗДАЧИ КОРМОВ В СКОТОВОДСТВЕ

05.20.01 — Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург — Пушкин 1994

Работа выполнена в Кировском сельскохозяйственном институте и На-учпо-исследовагельском институте сельского хозяйства Северо-Востока имени Н. В. Рудницкого Научно-производственного объединения «Луч».

Научный консультант — доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель пауки и техники РФ Б. И. Вагин.

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель пауки и техники РФ Н. П. Сычугов;

доктор технических наук, профессор А. А. Артюшии;

доктор технических наук, профессор Н. Ф. Игнатьевский.

Ведущая организация (предприятие) — Научно-производственное объединение «Нечерноземагромаш».

Защита состоятся «2?» мая 1994 г. в 14 часов 30 минут на заседании специализированного совета Д.120.37.04 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук при Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 189620, Санкт-Петеребург —Пушкин, Ленинградское шоссе, д. 2, ауд. 719.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан « ^^ » _1994 г.

Официальные оппоненты:

Ученый секретарь специализированного совета

Соминич

ОБЩ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Увеличение производства животноводческой продукции зависит от обеспечения крупного рогатого скота достаточным .количеством кормов хорошего качества и рационального их использования. Процессы приготовления и раздачи кормов занимают ключевое положение в системе технического обеспечения функционирования отрасли скотоводства.

В себестоимости мясо-молочной продукции корма местного про-азводства составляют около 75%. По данным науки и практики, уро-зень затрат кормов на производство единицы животноводческой про-цукции превышает нормы на 15...30$. Одной из основных причин такого перерасхода кормов является несовершенная технология, подготовки их к скармливанию. Кроме того, существующие в настоящее зремя технические средства и технологии приготовления и раздачи сормов (особенно грубых в рулонах) требуют больших расходов энергии, затрат труда и времени.

Отсутствуют работоспособные машины для измельчения соломы товышенной влажности, малоэнергоемкие высокопроизводительные измельчители-смесители грубых и сочных кормов, остается нерешенной фоблема повышения питательной ценности соломы, требуется разра-5отка полностью механизирующих процессы мобильных раздатчиков с ¡амозагрузкой и измельчением рулонированных кормов. Применяемым лашинам для мойки и измельчения, корнеклубнеплодов присущи низкая гроизводительность, повышенные энергозатраты и расход воды.

Опыт эксплуатации кормоцехов по приготовлению влажных кор-юсмесей в скотоводстве показал высокую энергоемкость оборудована, низкую технологическую надежность процессов измельчения и :мешивания, качество обработки грубых кормов из-за несовершенст-)а рабочих органов машин во многих случаях не соответствует зоотехническим требованиям.

Таким образом, проблема теоретического обоснования, исследования, разработки и внедрения в производство энергоресурсо-;берегакнцих технических средств и технологических линий приго-"овления и раздачи кормов в скотоводстве является актуальной и [меет важное народнохозяйственное значение.

Цель исследования. Обоснование и разработка прогрессивных ■ехнических средств и технологических линий приготовления и раздачи кормов местного производства с минимальными энергетическими,

трудовыми и материальными затратами.

Научную новизну работы составляют:

- использование системного подхода и принципа совмещения и замены технологических процессов и операций, позволяющих рассмотреть во взаимосвязи процессы приготовления и раздачи кормов в скотоводстве, обосновать структуру поточных технологических линий и оптимальный состав новых машин и оборудования л наметить пути энергоресурсосбережения при переработке кормов;

- методика сравнительной оценки измельчителей грубых кормов по обобщенному критерию, с наибольшей полнотой учитывающему энергетические показатели, затраты труда и качество получаемого продукта;

- метода исследования рабочего процесса кормоприготовительных машин путем сочетания теории подобия и планирования эксперимента, а также анализа моделей с помощью номограмм;

- основы теории процессов движения рулона соломы в горизонтальном бункере-питателе измельчителя и штат 'ле мобильного измельчителя-раздатчика, а также корнеклубнепло. ,а - в рабочей камере машины сухой очистки;

- математические модели рабочего процесса измельчителей и измельчителя-питателя грубых кормов, реактора-смесителя соломы, машины сухой очистки и измельчителя-дозатора корнеклубнеплодов, измельчителя-смесителя грубых и сочных кормов; их оптимизированные конструктивно-технологические параметры и режимы работы;

- новые и модернизированные рациональные технические средства и поточные технологические линии переработки кормов местного производства с включением сена и соломы любого вида и влажности и корнеклубнеплодов с минимальными затратами энергии и основных ресурсов;

- 30 авторских свидетельств на изобретения, два патента и пять заявок на патенты РФ.

Практическая ценность и реализация результатов исследований. Проведенные исследования позволили обосновать и разработать энер-горесурсосберегаицие технические средства и технологические линии приготовления и раздачи кормов, прежде всего грубых, на процессах измельчения, измельчения-смешивания и подготовки корнеклубнеплодов.

Имеющиеся в диссертации научные положения и рекомендации

позволяют на стадии проектирования и конструирования обосновать набор необходимого оборудования, параметры и режимы работы машин и поточных линий приготовления и раздачи кормов в скотоводстве.

Научно-техническая продукция, созданная при выполнении диссертационной работы, доведена до состояния, пригодного для широкого внедрения в производство. Результаты исследований измельчителей грубых кормов, измельчителя-питателя ЛИС-3.01 и реактора-смесителя соломы переданы в ГЭКИ по машинам для переработки травы и соломы (г.Вильнюс) и использованы при разработке линий измельчения ЛИС-3 и ощелачивания соломы ЛОС-1.

Двухроторные измельчители грубых кормов внедрены в хозяйствах Кировской, Пермской и других областей РФ. На Слободском машиностроительном заводе изготовлено 229 измельчителей рулонов грубых кормов, имеющих широкое применение в сельскохозяйственных предприятиях России.

Решением Минсельхоза РФ одобрены и рекомендованы для промышленного производства с 1995 года мобильный измельчитель-раздатчик рулонированных грубых кормов и машина сухой очистки корнеклубнеплодов пропускной способностью 10 т/ч. По заявкам хозяйств Кировской, Владимирской областей и республики Коми проект-но-конструкторским бюро НПО "Луч" изготовлено 10 машин сухой очистки и четыре измельчителя-дозатора корнеклубнеплодов.

Кормоприготовительные цехи по приготовлению кормосмесей с энергоресурсосберегающими техническими средствами и технологическими линиями успешно работают в десяти сельскохозяйственных предприятиях Кировской области. Результаты научных исследований используются в учебном процессе факультета механизации Кировского сельскохозяйственного института.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались, начиная с 1977 года, на научных конференциях Кировского сельскохозяйственного института и Санкт-Петербургского государственного аграрного университета, научно-технических советах Минсельхоза РФ, Кировского областного Департамента сельского хозяйства и НИИСХ Северо-Востока НПО "Луч", на годичных собраниях ОНЗ и Рос-сельхозакадемии, а также научно-технических конференциях "Проблемы и пути индустриализации производства полнорационных гранулированных и брикетированных кормов" (г.Вильнюс, 1979 г.) и "Проблемы разработки технологии и оборудования индустриального кормопроиз-

водства" (г.Вильнюс, 1981 г.), на научно-практической конференции НПО "Нечерноземагромаш" "Научные проблемы технического обеспечения аграрно-прошшлеиного комплекса Нечерноземной зоны РФ" (г.Санкт-Петербург, 1991 г.), научной сессии ОНЗ РФ РАСХН "Концепция развития механизации, электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства Нечерноземной зоны Р£ на 1995 год и на период до 2000 года" (г.Санкт-Петербург, 1993 г.), на Всероссийской научно-практической конференции "Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России" (г.Москва, 1993 г.).

Публикации« По теме диссертации опубликовано 89 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения и общих выводов и приложений. Содержит 454 страницы, 87 рисунков и 20 таблиц. Список литературы включает 343 наименования, из них 20 на иностранных языках. В приложениях приведены 17 рисунков и 32 таблицы по данным теоретических и экспериментальных исследований, программы для обработки на ЭВМ, документы, отражающие уровень практического использования результатов исследований, копии авторских свидетельств и патентов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит краткое изложение вопросов исследуемой проблемы, сущность выполненной работы, цель и основные положения, выносимые на защиту.

Диссертационная работа выполнена автором самостоятельно. Научные исследования проводились лично автором при его непосредственном участии и научном руководстве в соответствии с планами научно-исследовательских работ Кировского сельхозинститута (1976...1984 гг.) и Научно-исследовательского института сельского хозяйства Северо-Востока (1988...1993 гг.). Решение отдельных частных задач по теме диссертации выполнено автором совместно с профессором В.Р.Алешкиным, кандидата!® технических наук А.В.Алеш-киным, Н.Ф.Барановым, Г.Н.Костиным, В.Г.Мохнаткиным, П.А.Савиных и О.В.Сухановым.

В первом разделе "Состояние проблеш т? задачи исслодований" дано обоснование основных направлений исследований. На основе анализа литературных источников и производственного оаыта по исследуемой проблеме рассмотрены существующие технологии и средства механизации приготовления и раздачи кормов в скотоводстве.

Проанализированы рационы кормов местного производства, состав, кормовая ценность и способы подготовки соломы, корнеклубнеплодов и влажных кормосмесей к скармливанию крупному рогатому скоту.

Анализ существующих технологий и средств механизации приготовления и раздачи кормов в скотоводстве показал, что измельчители соломы и сена, особенно в рулонах и повышенной влажности, мойки-измельчители корнеклубнеплодов и измельчители-смесители • грубых и сочных кормов энергоресурсоемки, имеют низкие производительность и надежность и не обеспечивают заданного зоотребова-ниями качества подготовки кормов. Обзор способов приготовления и раздачи кормов и патентные исследования позволили установить, что возможности улучшения технико-экономических показателей вышеуказанных технических средств и технологических линий далеко не исчерпаны: необходимо работать над созданием новых машин и оборудования, оптимизацией их конструктивно-технологических параметров, обоснованием наиболее рациональных комплексов технических средств, состава и структуры поточных линий переработки кормов.

Научной основой работ по функционированию машин и технологических линий приготовления и раздачи кормов являются труды академика В.П.Горячкина, получившие развитие в исследованиях В.Р.Алешкина, А.А.Артюшина, Н.Л.Барсова, Б.И.Вагина, В.А.Голикова, А.В.Демина, И.А.Долгова, В.А.Ермичева, В.А.Желитовского,

A.И.Завражнова, В.И.Земскова, Н.Ф.Игнатьевского, В.Г.Кобы, Б.В.Кононова, Л.П.Кормановского, В.С.Краснова, Л.И.Кроппа, Г.М.Кукты, Х.Г.Курбанова, Л.М.Куцына, И.М.Леонтьева, С.Е.Марка-ряна, С.В.Мельникова, В.Ф.Некрашевича, А.А.Омельченко, В.И.Осо-бова, В.И.Передни, И.И.Ревенко, Н.Е.Резника, В.С.Сечкина,

B.И.Сыроватки, Ю.А.Цоя и других ученых.

Изучению процесса измельчения грубых кормов молотковыми дробилками посвящены работы В.Р.Алешкина, Т.Абилжанова, В.А.Голикова, А.М.Карпова, Г.М.Кукты, Л.Е.Липатова, С.В.Мельникова, Э.Т.Моркуса, В.Г.Мохнаткина, Л.Э.Мянда, П.М.Рощина, В.И.Сыроват-ки, В.И.Стяжкина, М.А.Сулимы, Н.Р.Худайберднева, Шснь Цзай-Чуна и других ученых, которые являются основой проектирования кормо-измельчакхцих машин и оборудования. В исследование вопросов сухой очистки и измельчения-дозирования корнеклубнеплодов существенный вклад внесли Г.Р.Винтерле, Л.С.Воронин, А.В.Дервиш,

Л.М.Куцын, В.В.Митков, С.А.НаЙданов, В.И.Передня, В.И.Сыроватка и другие ученые и специалисты. Крупными научными работами, обобщающими многолетние результаты исследований по механизации раздачи кормов животным, являются труды Н.В.Брагинца, Б.И.Вагина,

B.Г.Кобы, А.А.Омельченко, Е.И.Храпача и многих других ученых. Широко известны исследования В'.Р.Алешкина, А.А.Артшина, А.Ф.Баш-кова, Б.И.Вагина, А.И.Влазнева, В.А.Голикова, А.М.Григорьева, П.К.Желвакова, Р.Л.Зенкова, Б.В.Кононова, Г.М.К^кты, А.А.Лапшина,

C.В.Мельникова, В.И.Передни, Е.А.Раскатовой, Ф.Г.Стукалина, И.А.Уланова, А.К.Цейтлер и других авторов по п юцессам смешивания материалов.

По результатам анализа основных работ установлено, что, наряду с глубокими исследованиями отдельных технологий и технических средств приготовления и раздачи кормов в скотоводстве, до настоящего времени не проведено комплексных исследований по переработке местных кормов в условиях зональных особенностей и современного состояния сельскохозяйственного производства. На сегодняшний день отсутствуют объективная методика сравнитечьной оценки измельчителей грубых кормов и эффективные метода с лтимизаши параметров кормоприготовительных машин, значительно сокращающее объем экспериментальной работы. Выполненные ранее разработки ле создают достаточной научной базы для решения ряда практических задач, связанных с имеющейся проблемой, и сдерживают внедрение в отрасли энергоресурсосберегающих технических средств и технологических линий.

Исходя из изложенного, для решения поставленной проблемы необходимо решить следующие задачи.

1. Обосновать наиболее рациональные комплексы технических средств, состав и структуру поточных линий переработки кормов местного производства с включением сена и соломы любого вида и влажности и корнеклубнеплодов с минимальным количеством технологических процессов и операций и затратами основных ресурсов (энергии, труда, металла, вода, производственных помещений),

2. Разработать методику сравнительной оценки измельчителей грубых кормов по совокупности показателей с помощью обобщенного критерия.

Разработать метода гсслодоваппя рабочего процесса кормо-приготовительных машин путем совместного применения теории подо-

бия и планирования эксперимента, а также анализа математических моделей второго порядка в виде номограмм.

4. Разработать, изыскать и исследовать перспективные технические средства для приготовления и раздачи кормов; определить технологические и конструктивные параметры их рабочих органов с учетом физико-механических свойств кормов и реальных условий работы.

5. Внедрить основные результаты проведенных исследований в производство.

Во втором разделе "Теоретическое обоснование технологических линий и технических средств для приготовления и раздачи кормов с учетом вероятностной природы их функционирования" рассмотрены подходы, принципы и методы сравнения, моделирования и оптимизации технологических процессов и технических средств подготовки кормов к скармливанию.

С позиций системного подхода производственный процесс приготовления и раздачи кормов можно представить в виде системы, состоящей из ряда подсистем, расположенных на разных уровнях. Подсистема первого уровня представляет собой две схемы: приготовления и раздачи влажных кормосмесей и отдельных компонентов кормов. Подсистему второго уровня определяют поточные технологические линии подготовки к скармливанию отдельных видов кормов и их смеси. Подсистему третьего уровня составляют задачи исследования и оптимизации отдельных технологических операций, машин, оборудования, рабочих органов. К этому уровню можно отнести и определение оптимальных параметров установки для термохимической обработки соломы. Такое разделение на уровни условно и выполнено для удобства решения любой задачи системы.

Основной характеристикой процессов кормоприготовления является показатель энергонасыщенности готовой кормовой смеси. При номинальных значениях мощности электродвигателей и производительности технологического оборудования, металлоемкости машин, энергозатрат живого труда и энергоемкости ¡¡риио^идственных помещений энергонасыщенность кормовой смеси на основе соломы, силоса и корнеклубнеплодов составляет в экспериментальном цехо 441 ЦЦя^т, которая на 41$ меньше, чем в серийном кормоцехе КОРК-15. Согласно ' гистограмме распределения полных энергозатрат процессы измельчения грубых кормов и обработки корнеклубнеплодов являются наиболее

энергоемкими, что послужило основой выбора этих технологических процессов в качестве объектов исследования с целью снижения энергоемкости соответствующих машин и поточных линий.

Из анализа технологических схем, приведенных в работе, видно, что в них повторяются многие процессы и операции. Это повторение связано с тем, что существующие в настоящее время смесители в состоянии перерабатывать только те корма, которые мелко измельчены. Для процессов измельчения необходимы операции погрузки, транспортирования и дозирования. Причем измельчение требует от 1,5 до 30 раз больше затрат энергии в сравнении с другими процессами, а при мойке корнеклубнеплодов перед измельчением требуется большой расход воды, наличие отапливаемых помещений, дорогостоящих грязеотстойников с надежно работающей канализацией. Учитывая большую энергоемкость отмеченных процессов, вопрос об их совмещении, ликвидации и замене является главным при разработке энергоресурсосберегающей технологии переработки кормов.

При выборе технических средств для приготовления и раздачи кормов нужно исходить из того, что число машин, входящих в каждую линию, должно быть минимальным: чем меньше машин и оборудования в линии, тем при прочих равных условиях она более надежна в эксплуатации. Основанием для определения такого минимума служат приведенные в диссертации рациональные технологические схемы. При наличии характеристики каждого процесса и операции и их анализа совместно с этими схемами можно часть процессов и операций объединить в одной машине (рис.1).

С учетом вышеотмеченного в экспериментальном кормоцехе все процессы и операции выполняются 12 машинами и транспортерами и используется 8 машин на доставке кормов, а в кормоцехе КОРК-15, соответственно, 14 и 9 машин. Из рисунка I также следует, что для приготовления и раздачи кормов в соответствии с задачами научного исследования необходимо разработать кале минимум шесть принципиально новых машин.

Сравнение машин одинакового назначения по отдельным частным критериям и выбор из них наилучшего является невозможным. Предлагается методика сравнительной оценки измельчителей грубых кормов по обобщенному безразмерному критерию, показ'^о-гдему меру близости к "идеалу" I -го показателя а -ой сравниваемой машины, определяемому по формуле:

Компоненты кормов

Солома, сено (тюки,рулоны)

Силос

Корнеклубнеплода

Комбикорм

погрузчик| погрузчик] |погрузчик) | погрузчик

1

саморазгружающийся транспорт саморазгружающийся транспорт саморазгружающийся транспорт саморазгружающийся транспорт

бункер

саморазгружающийся транспорт

Микродобавки

I

бункер

саморазгружающимся транспорт

Рис Л. Рациональные варианты поточных линий и машин дал приготовления и раздачи кормов:

--- энергоресурсосберегающий комплекс машин для приготовления влажных рассыпных

кормосмесей; т//гш - машины, требующие разработки

где а; - массовая доля 1-го показателя;

/ Ж А

а;*^;/^«^ И (2)

оС; - коэффициент важности 1-го показателя; уи;.- значение критерия в а-ой машине; - наилучшее ("идеальное") значение 1-го критерия.

Чем меньше Аи , тем ближе значение показателей к "идеальным", тем лучше машина. Изучаемый объект определяется некотор>й функцией эффективности 3» , которую находим по набору "идеальных" выходных показателей, коррелирующих друг с другом. Измен«-ния показателей могут быть найдены с помощью частных коэффициентов множественной регрессии. По изменившимся показателям определяют значение функции эффективности 31 и ее изменение а34»3(-Э, ; аналогично находятся дЗа, д35 , .д Э* . При этом принимается допущение, что величина приращения л у ¡_ при изменении на ду4 = I первого показателя будет равна: д» д Эч/ д . Путем математических вычислений, приведенных в работе, оценена важность каждого показателя относительно первого по формуле:

Применение обобщенного критерия позволяет объективно сравнивать сложные объекты, характеризующиеся множеством выходных показателей.

С целью расширения практического использования методов планирования эксперимента путем сочетания их с теорией подобия предлагается метод оптимизации параметров кормоприготовительных машин (измельчителей грубых кормов, измельчителя-питателя ЛИС-3.01, измельчителя-смесителя кормов). Сущность метеда заключается в том, что при изучении объекта исследования вначале мевду факторами устанавливается связь в критериальной 4 эрме с помощью теории подобия. Здесь же производится сокращен;-з числа •независимых переменных. Далее с помощью методов планир занш: эксперимента определяется зависимость между критериями лодос.:я в виде регрессионной модели и проводится анализ полученного уравнения.

Имея предварительную информацию о влиянии различных факторов на рабочий процесс бункерного двухроторного измельчителя грубых кормов, представляем функциональную зависимость в общем виде и в результате ее преобразований по 5Г -теореме с учетом исключения маловажных величин подучим критериальное уравнение:

3 - I *Уа Д иг ÏF^ ' HdL ' L *Ji7 ' /' (4)

где 3 = 2P„/(Q.à) - удельные энергозатраты на единицу степени измельчения; Рм - мощность, потребляемая на привод ротора измельчителя; Q. - производительность установки; X - степень измельчения материала; I) - диаметр ротора по концам молотков; Пр - частота вращения ротора; а«- - частота вращения бункера; L - средневзвешенная длина частиц исходных стеблей; t - число молотков на оси подвеса; Z - расстояние-между молотками; a -длина решета; N - число осей подвеса молотков; d - диаметр отверстий решет; Л - зазор между концами молотков и решетом; т/р - объем корма в бункере измельчителя; V/ - относительная влажность корма.

Подбираем регрессионную модель:

у = ß„ + 6, х,' +• Ьг хг' + ... + 6S xi, (5)

где у =r,= 3/(DV) ; = ^/(Dnp);

хг'«5Г3 = eïa/(NdL) ;... ; х ; = ÏÏt = W.

Построение полинома производится известным методом крутого восхождения, при этом интервал варьирования критериев подобия х[ задается с помощью изменения факторов, входящих в них.

Для определения оптимальных значений факторов математических моделей предлагается более наглядный и эффективный метод анализа в виде номограмм в сравнении с громоздкой методикой двумерных сечений. Сущность метода заключается в том, что уравнение регрессии второго порядка разлагается на несколько уравнений и каждое графически представляется в виде простых номограмм.

Для примера четырехфакторную модель представим суммой членов двух гругт" :

У = (6)

где (7)

х4(в«+&мх«+£«х< + &мхг»6м х1). (8)

Путем математических преобразований представим (7) в виде шести уравнений, приведенных в диссертации, по которым строим пять сетчатых номограш для трехфакторной модели. Разрешаем (8) на 2. -номограмме и параллельных шкалах в виде трех простых номограмм из выравненных точек. Суммированием по точкам строим семейство кривых последней сетчатой номограммы уравнения (6).

В третьем разделе приведены методика и результаты экспериментально-теоретического исследования энергоресурсосберегающих технических средств и технологических линий измельчения, ощелачивания и измельчения-раздачи грубых кормов.

При исследованиях сравнивались пять серийно выпускаемых измельчителей грубых кормов. Испытания машин проводились на измельчении соломы озимой ржи в широком' диапазоне влажности.

Ддя определения гранулометрического состава измельченных кормов изготовлен классификатор, который позволяет ускоренно фракционировать пробы по длине частиц без дополнительных корректив. Для записи частоты вращения валов роторов разработан и изготовлен самопишущий тахометр.

По результатам испытаний измельчителей можно заключить, что исследуемые машины энергоемки, неудовлетворительно работают на измельчении соломы с влажностью более 25% и не позволяют организовать механическую загрузку кормов, то есть не пригодны работать самостоятельно, а также в составе технологических линий кормоцехов.

С целью увеличения производительности и уменьшения энергоемкости процесса измельчения разработан и изготовлен исключающий применение ручного труда двухроторный молотковый измельчитель грубых кормов с вертикальным вращающимся бункером.

В процессе исследований снимали энергетические характеристики измельчителя, анализировали гранулометрический состав продуктов измельчения. Результаты испытаний показали, что экспериментальный измельчитель при малых удельных энергозатратах на единицу степени измельчения (до 0,28 кВт*ч/(т-ед.ст.изм.)) и металлоемкости (0,22 т-ч/т) удовлетворительно перерабатывает грубые корма любого состояния с влажностью от 10 до 50$.

Меньшее значение обобщенного критерия у двухроторного измельчителя в сравнении с лучшей из пяти испытанных машин определяет его по совокупности показателей как наиболее эффективный измельчитель соломы.

При оптимизации работы измельчителя использован метод сочетания теории подобия с планированием эксперимента, для чего реализована полуреплика полного факторного эксперимента. Уровни варьирования критериев подобия и факторов приведены в таблице.

Уровни варьирования критериев подобия и факторов

X,' 1 X,' » xs

1 Ир,с"1 г N А,м т.,кг >>,кг/м3 V, %

(+) 0,00395 (+)8,967 0,^984 (+)53,979 (+) 38,008

(+) 0,147 (-) 28,0 (+)5 (-)З (-) 0,04 <+) 31,875 (-) 8,786

(-)0,00133 (->1,345 (-) 0,0246 (-)17,908 (-) 22,98

(-) 0,063 (+) 35,667 (-)З (+)6 (+) 0,08 (-) 13,560 (+) 11,266

Количественно оценить влияние факторов из регрессионной модели в критериальной форме невозможно, поэтому для получения уравнений второго порядка оставлено четыре главных независимых фактора, определяющих эффективность рабочего процесса измельчителя: ; х^-пр ; xi'¿ ; гц»л . В результате решения поставленной задачи адекватная математическая модель для энергоемкости процесса записывается в виде:

у, = 2550,420-264,472 ®«+34,304 хгЧ4,045х5+5г,7561*40?,230х,х,-

-64,442з5(х,-59,635x,3с,£55 хгх3-А5,52&хгхА +42,638х3а:<г (9)

-24,355 -630,0?2а:| -36,344 сс^ -/?3,3^£ х*.

Анализ (9) проводили согласно уравнениям номографического метода. Г,Минимальные значения энергоемкости получаются по номограмме при частоте вращения бункера 26 мин-* и роторов -2140 мин--'', диаметре отверстий решет и зазоре между концами молотков и решетом - 0,04 м.

Получены также оптимизированные параметры рабочего процесса

двухроторного бункерного измельчителя с деками (рис.5,а) (частота вращения бункера 10...24 мин-1, роторов - 2155 мин"1, зазор между молотками и декой 0,01 м, вылет молотков над днищем -0,1 м) на измельчении высоковлажных (до "70%) грубых кормов с производительностью до 10 т/ч.

Проведены исследования работоспособности серийно выпускаемо -го питателя-измельчителя ЛИС-3.01 на кормах местного производства. В экспериментах реализована матрица, где в качестве факторов также использованы безразмерные критерии подобия. Для полученного уравнения регрессии построена номограмма, по которой установлено, что для минимума энергозатрат оптимальными значениями являются частота вращения нижнего барабана 12,1 верхнего -8,75 с"1, скорость транспортера подачи 0,0095 м/с. Одновременно установлено, что питатель-измельчитель-ЛИС-3.01 малопроизводителен, неработоспособен на измельчении рулонов грубых кормов и не удовлетворяет по готовому продукту зоотехническим требованиям.

Для устранения этих недостатков разработан и исследован измельчитель грубых кормов с горизонтальным вращающимся бункером и молотковой дробилкой, который измельчает корма любого вида и состояния (рис.5,б).

С целью определения оптимальной зоны установки ротора I рассмотрена модель движения рулона 3 по горизонтально вращающемуся бункеру-питателю 2 измельчителя грубых кормов (рис.2). На основании теоремы о движении центра масс для рулона в полярных координатах и после ряда преобразований получены выражения для полярного угла у, отклонения от вертикали центра масс рулона и амплитуды Ь установившихся колебаний тела окатывания в бункере-питателе при периодическом воздействии на него лопастей-гребенок 4:

цо)

где. /«о ~ среднее значение коэффициента сопротивления качению; ./> - радиус рулона;

Чн/(ь1-рг)НА/и-ргЛг)|, (п)

где Н - амплитуда вынувдающей силы р=п.со ; п. - число гребенок; о) - угловая скорость вращения бункера-питателя; & - частота собственных колебаний тела окатывания.

В результат© расчетов по выражениям (10,11) при частоте вращения бункера-питателя 4 мин--'-, числе гребенок - 3, массе рулона 130 кг, моменте инерции 23,4 кг/м2 получены значения 1?, = 0,49 и & = = 0,29, что соответствует 1* = 11,5...45°.

Полученные данные согласуются с конструктивными параметрами измельчителя и результатами исследования процесса. При минимальных энергозатратах (6...9 кВт'ч/т) молотковый измельчитель имеет частоту вращения бункера-

рото-пропускную способность 2...5 т/ч.

Программа исследований предусматривала определение затрат на смешивание соломы со щелочью, производительности машины, расхода увлажняющей жидкости или пара, влажности и распределения влажности корма по сечениям реактора-смесителя. Установлено, что качество смешивания при использовании пара или горячего раствора практически одинаково в сравнении с увлажнением холодным раствором. Конденсация пара в основном заканчивается в пределах Ш-го сечения реактора-смесителя, температура соломы уменьшается равномерно по его длине (рис.3,а).

Химический анализ проб соломы, обработанной раствором щелочи, показал увеличение примерно вдвое переваримости и питательной ценности грубого корма.

В результате эксперимента построены графики однородности и степени смешивания (по методике профессора В.Р.Алешкина) в зависимости от длины реактора-смеситоля (рис.3,6), на основании чего выбрана оптимальная длина смоситэля - 2,5 м, что совпадает со П-м сечением отбора проб. Определены минимальная энергоемкость

Рис.2. Схема качения рулона по подвижному бункеру-питателю

питателя 3,5...7 мин-1 ра - 2100 мин-1,

60 60 «о го

• «0 Л- ■ <2® го ■ 40 <-1,8 0,6 0,6 0.4

е.

:

■ й 1 I ж а

сечений

И'Н'сечений

Зависимости температуры t соломы и степени конденсации. ь. пара (а), однородности (I - "1 ) и степени смешивания 8 (б) от длины (по сечениям) реактора-смесителя

0,55 кВт-ч/т, максимальная подача 5 т/ч и однородность смеси 80...90$ реактора-смесителя при оптимальных частоте вращения вала смесителя 300 мин-"'- и угле наклона лопаток к оси вала 45°.

Исходя из задач исследования, разработан совмещающий в одной машине пять технологических процессов и операций мобильный измельчитель-раздатчик рулонированных грубых кормов (рис.5,в).

С целью обеспечения равномерного выхода готового продукта и определения оптимальных параметров работы машины исследовано движение рулона соломы переменной массы на питающем и подкручивающем транспортерах измельчителя-раздатчика. На рисунке 4 представлено действие на рулон 2 сил: И« , N5 и ^ , - нормального давления и трения о планки транспортеров I и 3; и ~ соответственно, от роторов 4 и •} -тяжести. При этом с'/л а нормального давления ^ направлена перпендикулярно оси роторов и пропорциональна подаче материала 0. , которая при постоянном значении высоты "срезаемого" слоя Ь пропорциональна скорости точки на периферии рулона V .

Путем математических преобразований получаем систему уравнений:

1 ___

* Л да

4«

((

О = N4-Л Ч (г.- -Ц ) ♦ N з ( ¿с о з Л з - $ 1а Л 3);

где ({ - угол поворота рулона; К - длина рулона;

Л. и - коэффициенты пропорциональности; ,

Л• /з ~ коэффициенты трения; г, - исходный радиус рулона; - его плотность; угол установки подкручивающего транспортера.

Рис.4. Схема взаимодействия рулона соломы с рабочими органами измельчителя-раздатчика

Составлены программы на ЭВМ для численного решения системы (12) методом Рунге-Кутта. Результаты расчетов и исследования показали, что при скорости транспортеров 0,175 м/с, окружной скорости молотков 60 м/с и

высоте "срезаемого" слоя 0,05 м рулон измельчается полностью, а угол установки подкручивающего транспортера равен 90°.

Корреляционно-спектральный анализ показал, что увеличение подачи измельченной соломы с 2,45 до 2,83 т/ч стабилизирует рабочий процесс измельчителя-раздатчика и смещает спектр дисперсий в сторону увеличения частот.

Установлено, что измельчитель-раздатчик с высокой надежностью обеспечивает без затрат ручного труда переработку рулонов повышенной влажности при минимальной энергоемкости и в продолах зоотребований допуске отклонения потока корма по времени и качестве измельчения частиц.

В четвертом разделе приведены методика и результаты экспериментально-теоретического исследования энергоресурсосберогающих процессов очистки и измельчения-дозирования корнеклубнеплодов и измельчения-смешивания грубых и сочных кормов.

Согласно задачам исследования разработаны машины сухой очистки корнеклубнеплодов с наклонным (рис.5,г) и горизонтальным расположением рабочих органов.

Для выбора технологических и конструктивных параметров очис-

10 8 \ 7

Рис.5. Схемы двухроторного измельчителя с вертикальным вращанцимся бункером (а), измельчителя рулонов грубых кормов с горизонтальным вращающимся бункером (б), мобильного измельчителя-раздатчика рулонированных грубых кормов (в), машины сухой очистки корнеклубнеплодов (г)

тителя корнеклубнеплодов, таких, как шаг винта шнека, частота его вращения, интенсивность воздействия щеток, места их установки на окружности цилиндрического корпуса и др. проанализировано движение единичного корня в горизонтально расположенной камере . очистки (рис.6). Для исследования движения корнеклубнеплода введем подвижную систему координат, вращающуюся вместе со шнеком вокруг оси г с постоянной угловой скоростью СО . В подвижной системе координат на корнеклубнеплод воздействуют: спираль шнека, цилиндрическая поверхность камеры и проходящие сквозь ее решетку капроновые стержни щеток, сила тяжести (г и силы инерции Фс и

Рис.6. Схема сил, действующих на корнеклубнеплод при движении в камере очистки

В результате преобразований полученных векторных уравнений движения корня (по осям £ , л , Б ) имеем систему уравнений:

с- /WcosaC-SN Njft S Fu.

"i V Va. Г m

cos<£ sin.

m.cos«Cfi2^ ; сйггг 9P <= ? L ~ coiZ +cosZcos

ScOSoC

(13)

где S - перемещение от начального положения радиус-вектора'г центра корнеклубнеплода в подвижной системе; Va - абсолютная скорость в неподвижной системе отсчета; N, , N2 - силы нормального давления, соответственно, от цилиндрической поверхности камеры и спирали шнека; ff , ft - коэффициенты трения.

Анализ движения корнеклубнеплода в камере очистки с помощью программ численного решения системы (13) и экспериментальные

данные позволяют определить время движения корня в камере t = 10с при частоте вращения шнека ю = 0,7...2 абсолютном перемещении корнеклубнеплода 5 = 1,36 м (длине камеры), массе корня т. = 0,978 кг, радиусе камеры г -0,25 м, окружной силе щеток = 4 Н, угле "подъема винта" шнека Л ~ 15°, а также ширину рабочей зоны щеток (-2,9...3,8°).

Исследования очистителя с наклонным расположением рабочих органов проводились на очистке кормовой свеклы, картофеля и турнепса, выращенных на суглинистых, торфяных и песчаных почвах. С использованием метода планирования эксперимента определены оптимальные значения факторов (частота вращения шнека 13 мин--'', щеток - 100 мин"-1-, угол наклона рабочих органов 12°, угол смещения щеток относительно вертикальной оси шнека 15°, длина рабочей зоны щеток 2 м), обеспечивающие минимальную энергоемкость и эффективность очистки в соответствии с зоотребованиями.

Для линий подготовки корнеклубнеплодов целесообразно использовать разработанный по принципу совмещения технологических процессов малоэнергоемкий измельчитель-дозатор с углом установки боковых стенок приемного бункера 41,5°. Анализ корреляционных функций и спектральных плотностей показал, что измельчитель-дозатор работает на номинальном режиме и имеет равномерную загрузку поверхности режущих роторов исходным материалом и равномерный поток измельченных частиц в пределах зоотехнических требований.

При сравнении статистических характеристик процессов подачи кормосмеси ( Ос»« = 7,81 т/ч; 0„г = 7,59 т/ч; Ц«Р4= 6,41 г/ч) измельчителя-смесителя с вращающимися буккерами-питателями определено, что снижение частоты вращения бункера-питателя силоса приводит к уменьшению пропускной способности измельчителя-смесителя, увеличению дисперсии процесса подачи при относитольно равномерном ее распределении по частотам. Также установлено, что снижение частоты вращения бункера-питателя соломы не вызывает существенного изменения среднего значения 0срг_ , ее дисперсии и распределения дисперсии по частотам.

Минимальные удельные энергозатраты измельчителя-смесителя и максимальная однородность смеси достигаются при частотах вращения бункеров-питателей 4...7 мин--'- и молоткового ротора -1040 мин"*.

Для приготовления кормосмесей на основе рулонировашшх

грубых кормов я силоса разработан и исследован малоэнергоемкий и высокопроизводительный измельчитель-смеситель непрерывного действия с возвратно-поступательным перемещением молотковых роторов, совмещающий в одной машине семь технологических процессов и операций.

В основу исследований положена модель рабочего процесса (рис.7), в которой измельчитель-смеситель представлен в виде совокупности следующих элементов: накопителей-питателей грубых и сочных кормов ПСОд и ПСи1к , измельчающих роторов Р«» и Реи4 , каретки роторов КР и выгрузного транспортера ЬТ .

Рис.7. Модель функционирования измельчителя-смесителя грубых и сочных кормов

В общем случае в модели входными воздействиями приняты переменные, определяющие условия работы агрегата (подачи Q4(t), Q»(t) и влажности V((t) , (t) кормов), а выходными - параметры измельчителя-смесителя: производительность Q(t), степень измельчения A(t), качество смешивания кормов (однородность смеси) 8(t) и удельные энергозатрат!! 3(t) . IIa выходные показатели работы установки влияют конструктивно-технологические и настроечные параметры, а также переменный, учитывающие физико-механические

свойства материалов к отражающие динамику процессов измельчения И смешивания. При этом учтены и управляющие воздействия: скорости V,, и \ накопителей-питателей и скорость V» перемещения каретки роторов.

При исследованиях из общей модели (рис.7) выделены и рассмотрены по этапам частные модели, которые позволили оценить влияние наиболее существенных факторов на показатели работы измельчителя-смесителя.

На начальном этапе проведены исследования установки в режиме "измельчитель" для определения технологических и конструктивных параметров роторов соломы и силоса (рис.8). В результате изучения зависимостей й , Л. , 3 и анализа двумерных сечений для дальнейших экспериментов зафиксированы следующие значения факторов: число молотков на оси подвеса ротора соломы г, = 3, ротора силоса - гг = 5; частота вращения ротора грубых кормов Пр| = 1050 мин-*, ротора силоса - Мр2 = 600 мин^; скорость перемещения каретки роторов V» = 0,132 м/с; скорости транспортеров подачи накопителей-питателей \/Т1 = Чч= 0,0515 м/с. Одновременно для ротора грубых кормов реализована матрица активно-пассивного эксперимента, позволившая в условиях дрейфа входного неуправляемого фактора (влажности соломы) получить математическую модель, из анализа которой следует, что наибольшее влияние на показатель удельных энергозатрат оказывают скорость перемещения каретки роторов, а также влажность исходного материала.

На предпоследнем этапе исследования при работе установки в режиме "измельчение-смешивание" проведены в критериальной форме с использованием метода крутого восхождения по поверхности отклика. В заключение реализован эксперимент по плану Бокса-Бенкина для трех факторов: , , х3-УТг . Лсгштания в

производственных условиях проводились на соломо озимой ржи в рулонах влажностью 13.. .15$ и силос о - влажностью 60.. .85/-'.

Получены математические модели процесса:

4,-3,09-0,81 х«-0,&2 1,-0,33x^-0,29 х4г + 0,430,2515; (14)

уг--9г,2-831,-1,9г хг Н,75 х, »1,26 х, асг - У,¿»5 х* + 3,55 , (15)

где = 3 , кВт-ч/т; уг*9 , %.

Для определения оптимальной зоны двух критериев эпгггигзацггн

3,0 г.5

а,

т/ч 3,5

.3.0

2,5

ч% «

Г 0,20 Л' ЛЩА, Терта - суо о&ь

и ( —! \з

ЦП*

30 Л 25

20

45

г.шт

п а, т/ч кВт-ч

•40 т-еодиш

&

6 • 0.6

«1 - м

42

о,

т/Ч

40 &

6 \ о

У,

^ / /И

м

У

у

У

го гз зо ¥т.-40-»я/е ча -- -Л----- | ' .

у М

0,05 0,1 0,«5 0,г5

8

Рис.8. Зависимости пропускной способности 0. , удельных энергозатрат Э и степени измельчения Л : от влажности (а) и числа молотков на оси подвеса (б) - при работе ротора соломы; от числа молотков (в), скоростей Ут. транспортера подачи и V* перемещения каретки роторов (г) (ротор силоса)

выполнена графическая иллюстрация, моделей (14 и 15) путем построения и наложения конечных сетчатых номограмм (рис.9). Значения 3 = 1,69 кВт-ч/т и 8 = 94,5$ получены по номограммам при

= + 1; хг= -0,5; х3= + I, что хорошо согласуется с данными двумерных сечений.

Рис.9. Номографическое представление математических моделей (14,15)

В работе также апробирована методика определения качества кормовой смеси при ограниченном числе проб.

Результаты оптимизации показали, что минимальная энергоемкость, максимальные пропускная способность и однородность кормо-смеси измельчителя-смесителя достигаются при скорости перемещения каретки роторов 0,16 м/с, скоростях транспортеров подачи соломы 0,028 м/с и силоса 0,035 м/с.

В пятом разделе приведены результаты реализации в производство разработанных технологических линий кормоцехов и технических средств для приготовления и раздачи кормов и их экономическая эффективность.

На основе системного подхода, принципа совмещения и замены технологических процессов и операций и разработанных энергоресурсосберегающих технических средств предложено и реализовано в производство несколько эффективных кормоприготовительных цехов, один из которых смонтирован и функционирует на комплексе крупного рогатого скота колхоза "Заря" Кировской области. При разработке линий экспериментального кормоцеха использованы две заявки на патенты Р5, а.с. № 1747153 на дробилку зерна, патент РФ 1720539 и заявка на патент № 93-016352 на очиститель корнеклубнеплодов, а.с. №№ 1709980 и 1790865 на измельчитель-смеситель кормов.

Новые машины и установки в линиях цеха, после успешно проведенных ведомственных испытаний на Кировской МНС, обеспечивают достаточную производительность, надежность в работе и удовлетворяют по готовому продукту зоотехническим требованиям.

Двухроторные измельчители грубых кормов с вертикальным вращающимся бункером по а.с. М 906606 и 982791 внедрены в хозяйствах Кировской, Пермской и других областей РФ, в 62 предприятия и организации по их запросам на данный измельчитель передана научно-техническая документация.

Измельчитель рулонов грубых кормов с горизонтальной осью вращения бункера-питателя по а.с. 1381793, 1667922 имеет широкое применение в сельскохозяйственных предприятиях России.

На Сосновоборском машиностроительном заводе выпущены в производство линия ощелачивания соломы ЛОС-1 с основной машиной -реактором-смесителем по а.с. № 1068091.

Решением (протокол № 5-ж от 22.04.1993) междуведомственного экспертного совета по реализации программ создания машин и оборудования для отрасли животноводства Главмехэлектро Минсельхоза России по программе "Фермер" мобильный измельчитель-раздатчик рулонированшх грубых кормов (патент РФ 1724130, заявка на патент й 93-040671) одобрен и рекомендован для заключения государственного контракта на создание и постановку на производство.

По заявкам хозяйств Кировской, Владимирской областей и республики Коми изготовлено 10 машин сухой очистки и четыре измельчителя-дозатора корнеклубнеплодов. Кроме того, по заявке Главмехэлектро Минсельхоза Р1> разрабатывается очиститель корнеклубнеплодов производительностью 10 т/ч в целях освоения промышлен-

ного производства с 1995 года.

Измельчитель-смеситель грубых и сочных кормов с возвратно-поступательным перемещением роторов (а.с. И 1662480, заявка на патент № 93-00859915) работает в колхозе "Путь Ленина" Кщ '¡веке;-области.

В диссертационной работе предложен более эффективный кормо-приготовительный цех с энергоресурсосберегаадим комплексом машин для приготовления влажных рассыпных кормосмесей, позволяющий по сравнению с кормоцехом колхоза "Заря" снизить полные затраты энергии на 21%.

Разработанные измельчители грубых кормов дают экономию полных энергозатрат от 39 до 56$ в сравнении с серийными установка;® ИРТ-165 и ИРТ-80, мобильный измельчитель-раздатчик по сравнению с выполняющей аналогичные процессы и операции технологической линией экономит 59^ энергозатрат, машина сухой очистки при производительности 10 и 18 т/ч - соответственно, 58 и 67$, а применение экспериментального кормоцеха вместо оборудования К0РК-15 дает 41% экономии полных затрат.

Использование предложенных машин и оборудования обеспечиваот в сравнении с базовыми установками снижение удельной металлоемкости на 30...855?.

Фактический суммарный экономический эффект от разработанных технических средств и технологических линий приготовления и раздачи кормов составляет 8,4 млн.руб. (в ценах 1990 года).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩЕ ВЫВОДА

В условиях зональных особенностей и дефицита кормовой базы переработку местных кормов с включением соломы и сена любого вида и влажности и корнеклубнеплодов целесообразно осуществлять как с помощью самостоятельно работающих энергоресурсосберегающих технических средств и технологических линий, так и в простейших кормоцехах с минимальным набором машин и оборудования, обеспечивающих приготовление кормовых смесей в соответствии с зоотехническими требованиями.

Анализ энергоресурсопотрэбления в приготовлении кормов для крупного рогатого скота дал возможность выделить процессы измельчения грубых кормов и подготовки корнеклубнеплодов как наиболее энергоресурсоемкие и наметить их в качестве основных объектов

исследования для реализации поставленной цели работы.

1. Использование системного подхода и принципа совмещения

и замены технологических процессов и операций позволило: рассмотреть во взаимосвязи процессы кормоприготовления в скотоводстве, обосновать состав и структуру поточных технологических линий, предложить три рациональных способа подготовки и раздачи высоковлажных рулонированных кормов на основе соломы (сена), разрабо- • тать и исследовать шесть принципиально новых недостающих энергоресурсосберегающих технических средств, что дало возможность исключить ручной труд, сократить количество технологических процессов, операций и машин и повысить надежность и работоспособность оборудования.

2. Предложенная методика сравнительной оценки измельчителей грубых кормов с помощью обобщенного критерия с наибольшей полнотой учитывает энергетические показатели, затраты труда и качество получаемого продукта. По совокупности параметров работы шести измельчителей и при сравнении их по обобщенному критерию лучшие показатели имеет бункерный двухроторный измельчитель грубых кормов, позволяющий механизировать загрузку исходного материала и обеспечивающий высокую производительность (до 4,5 т/ч) при малых удельных металлоемкости (0,22 т-ч/т) и энергоемкости (0,11... 0,28 кВт'ч/(т*ед.ст.изм.)) на измельчении высоковлажных (до 50$) грубых кормов. Качественные показатели работы двухроторного измельчителя с решетами полностью удовлетворяют зоотехническим требованиям.

3. Разработанные методы сочетания теории подобия и планирования эксперимента и анализа математических моделс:; с помощью номограмм при изучении рабочих процессов бункерного двухроторного измельчителя грубых кормов, измельчителя-питателя линии измельчения соломы и измельчителя-смесителя кормов с возвратно-поступательным перемещением роторов позволили значительно сократить объем экспериментальной работы с более глубоким раскрытием физической сущности процессов измельчения и смешивания за счет исключения малозначимых факторов, а также быстро и наглядно получить оптимальные значения факторов и проследить их влияние на показатели эффективности объектов исследования.

4. В качестве самостоятельно работающих машин для измельчения грубых кормов рекомендуется применять двухроторные молот-

ковые измельчители с вертикальным вращающимся загрузочным бункером при минимальных удельных энергозатратах и оптимизированных параметрах:

- решетный вариант: окружная скорость молотков роторов 60,5 м/с, частота вращения бункера 26 мин-*;

- вариант с деками: частота вращения роторов 2155 мин-*, бункера - 10...24 мин-* при подаче до 10 т/ч.

Для технологических линий кормоприготовительных цехов целесообразно использовать имеющие накопители-питатели исходных материалов модернизированное оборудование ЛИС-3.01 при измельчении рассыпных грубых кормов и молотковый измельчитель с горизонтальной осью вращения бункера-питателя, перерабатывающий корма любого вида и влажности. При минимальных энергозатратах (6...9 кВт-•ч/т) молотковый измельчитель имеет частоту вращения бункера-питателя 3,5...7 мин"*, ротора - 2100 мин-*, зону расположения ротора от вертикали по направлению вращения бункера-питателя 11,5 ...45°, пропускную способность 2...5 т/ч.

5. Установлено, что в результате обработки ржаной соломы раствором щелочи без подогрева и использования пара в модернизированном реакторе-смесителе ее переваримость и питательная ценность увеличиваются примерно вдвое.

Для. повышения эффективности процесса необходимо уменьшить длину реактора-смесителя на 0,9 м и в нижней части распылителя установить перфорированную вставку с кривизной, равной внутреннему радиусу корпуса реактора.

Минимальная энергоемкость 0,55 кВт-ч/т, максимальная подача 5 т/ч и однородность смеси 80...90$ реактора-смесителя достигаются при частоте вращения вала смесителя 300 мин-*, угле наклона лопаток к оси вала 45°, длине смесителя 2,5 м.

6. Моделирование рабочего процесса мобильного измельчителя-раздатчика рулонированных грубых кормов, совмещающего в одной машине пять технологических процессов и операций, позволило определить максимальную скорость (0,175 м/с) транспортеров питателя, при которой рулон будет измельчаться полностью при выбранной интенсивности воздействия роторов. Угол установки подкручивающего транспортера равен 90°.

Измельчитель-раздатчик с высокой надежностью обеспечивает • без затрат ручного труда переработку рулонов соломы (сена) повы-

шенной влажности при минимальных удельных энергозатратах 0,58 кВт.ч/(т»0д.ст.изм.), производительности 2,5...3,5 т/ч и средневзвешенной крупности измельченных частиц 40...50 мм.

7. Анализ работы машины сухой очистки корнеклубнеплодов с горизонтальным расположением рабочих органов позволил определить время (10 с) движения корня в камере очистки при частота вращения шнека 7...19 мин-1, длине 1,36 м и ширину рабочей зоны щеток (—2,9.•.3,8) •

Минимальные удельные энергозатраты на единицу степени очистки 0,015...О,09 кВт-ч/(т-ед.ст.оч.) и эффективность очистки 85... 90% достигаются при работе машины сухой очистки с наклонными рабочими органами с оптимальным сочетанием факторов: частота вращения шнека 13 мин"*, щеток - 100 мин-*; утол наклона рабочих органов 12°, угол смещения щеток относительно вертикальной оси шнека 15°, длина рабочей зоны щеток 2 м.

Применение предлагаемых машин как самостоятельно работающих, так и в составе технологических линий, обеспечивает очистку корнеклубнеплодов любой формы и размеров согласно зоотехническим требованиям при исходной загрязненности связанной почвой до 24$ и ее влажности до 30$ без использования воды и, соответственно, . водопровода, канализации и отопления, с экономией энергоресурсозатрат на 58...67%.

Для линий подготовки корнеклубнеплодов целесообразно использовать разработанный по принципу совмещения технологических процессов малоэнергоемкий (0,57 кВт»ч/т) измельчитель-дозатор с углом установки боковых стенок приемного бункера 41,5° при максимальной подаче и в пределах зоотребований неравномерности выхода измельченных частиц, и отсутствии потерь кормов.

8. Результаты оптимизации в производственных условиях рабочего процесса измельчителя-смесителя непрерывного действия с возвратно-поступательным перемещением молотковых роторов, совмещающего в одной машине семь технологических процессов и операций, способного без затрат ручного труда перерабатывать сочные и грубые корма, заготовленные в любом виде (рулонах, тюках, россыпью), показали, что минимальная энергоемкость 1,38 кВт»ч/т, максимальная пропускная, способность 22...28 т/ч и однородность кормосмеси" 87...96$ измельчителя-смесителя достигаются при частоте вращения ротора грубых кормов 1050 мин-* и ротора сочных кормов 600 мин~*

-. скорости перемещения каретки роторов 0,16 м/с, скоростях транспортеров подачи соломы 0,028 и/о и силоса 0,035 м/с.

9. Предложенные в диссертации технические средства и технологические линии приготовления и раздачи кормов представлены в завершенном виде, пригодном для широкого внедрения в производство. Они позволяют заложить основы энергоресурсосберегающей технологии производства продукции скотоводства, обеспечивают снижение полных энергозатрат на 40...60$ и удельной металлоемкости на 30...85%.

Многие технические средства по кормоприготовлению, при создании которых использованы результаты проведенных исследований, прошли государственные испытания и внедрены в производство. Разработанные с участием автора кормоприготовительные цехи работают в десяти сельскохозяйственных предприятиях Нечерноземной зоны России.

Фактический суммарный экономический эффект от внедрения результатов исследований в производство (в ценах 1990 года) составляет 8,4 млн.рублей, а сумма фактического и планируемого экономического эффекта - 30 млн.рублей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Алешкин В.Р., Ашихмин И.П., Костин Г.Н., Сысуев В.А. Исследование режимов работы и эксплуатация реактора-смесителя при обработке соломы щелочью //Исследование рабочих процессов машин в растениеводстве: Межвуз. сб.науч.тр. - Пермь, 1982. - С.51-56.

2. Алешкин В.Р., Сысуев В.А., Игитов A.M., Мохнаткин В.Г., Крапов С.М. Моделирование рабочего процесса измельчителя-питателя ЛИС-3.01 //Механизация процессов в полеводстве: Сб.науч.тр. -Пермь, 1984. - С.66-69.

3. Алешкин В.Р., Сысуев В.А. Измельчитель соломы повышенной влажности //Проблемы разработки технологии и оборудования индустриального кормопроизводства: Тез.докл. науч.-техн. кокфер. -Вильнюс, 1981. - С.136-137.

4. Алешкин В.Р., Сысуев В.А., Костин Г.II., Алшхл. н И.П. Оптимизация параметров реактора-смесителя методами планирования эксперимента //Механизация процессов в животноводстве и кормопроизводстве: Сб.науч.тр. - Пермь, 1УЗЗ. - С.20-25.

5. Алешкин В.Р., Сысуев В.А., Мохнаткин В.Г. Оптимизация

рабочего процесса измельчителя-питателя ЛИС-3.01 //Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1985. - £ 9. - С.41-43.

6. Алешкин В.Р., Сысуев В.А. Оптимизация рабочего процесса бункерного измельчителя стебельных кормов //Проблемы и пути индустриализации производства полнорационных гранулированных и брикетированных кормов в свете решений июльского (1978 г.) пленума ЦК КПСС: Тез.докл.науч.-техн. конфер. 17-18 апреля 1979 Г. - Вильнюс, 1979. - С.38-41.

7. Алешкин В.Р., Сысуев В.А. Поточная линия измельчения грубых кормов //Кормопроизводство. - 1981. - ü II. - С.3-6.

8. Алешкин В.Р., Сысуев В.А. Сравнение измельчителей грубых кормов по обобщенному критерию //Механизация и электрификация в животноводстве и кормопроизводстве: Сб.науч.тр. Кировского СХИ. - Пермь, 1981. - Т.72. - С.12-19.

9. A.c. 683678 СССР МКИ2 А 01 Д 87/00. Рабочий орган погрузчика кормов //В.Р.Алешкин, В.А.Сысуев (СССР). - 5 с.:ил.

10. A.c. 71063I СССР МКИ3 В 02 С 13/02. Дробилка для кормов //В.Р.Алешкин, В.А.Сысуев (СССР). - 3 с.:ил.

11. A.c. 852349 СССР МКИ3 В 02 С 13/14. Дробилка для кормов //В.А.Сысуев, В.Р.Алешкин, В.Н.Шулятьев (СССР). - 3 с.:ил.

12. A.c. 906606 СССР МКИ3 В 02 С 13/02. Дробилка для кормов //В.Р.Алешкин, В.А.Сысуев (СССР). -3 с.:ил.

13. A.c. 940877 СССР МКИ3 В 07 В 7/04. Классификатор кормов //В.Р.Алешкин, Н.Ф.Баранов, В.А.Сысуев, В.Г.Мохнаткин (СССР). -3 с.:ил.

14. A.c. 9655II СССР МКИ3 В 02 С 13/12. Молотковая дробилка //В.Р.Алешкин, Н.Ф.Баранов, В.А.Сысуев, В.Г.Мохнаткин (СССР). -3 с.:ил.

15. A.c. 975060 СССР МКИ3 В 02 С 13/12. Дробилка кормов // В.Р.Алешкин, В.А.Сысуев, Н.Ф.Баранов, В.Г.Мохнаткин (СССР). -

3 с.:ил.

16. A.c. 975061 СССР МКИ3 В 02 С 13/02. Устройство для измельчения кормов //В.Р.Алешкин, Н.Ф.Баранов, В.А.Сысуев, В.Г.Мохнаткин (СССР). - 3 с.:ил.

17. A.c. 982791 СССР МКИ3 В 02 С 13/02. Дробилка для кормов //и.Р.Алешкин, В.А.Сысуев, Н.Ф.Баранов, В.Г.Мохнаткин, З.М.Ку- ' чинскас, Р.П.Гашка (СССР). -4 с.:ил.

18. A.c. 984486 СССР МКИ3 В 02 С 13/12. Молотковая дробилка

//В.Р.Алешкин, Н.Ф.Баранов, В.А.Сысуев, В.Г.Мохнаткин (СССР). -3 с.:ил.

19. A.c. I0II247 СССР МКИ3 В 02 С 13/02. Дроби.- :<а для кормов //В.Р.Алешкин, В.А.Сысуев, В.Г.Мохнаткин, Н.Ф.Баранов (СССР).

- 2 с.:ил.

20. A.c. I0459I5 СССР МКИ3 В 02 С 13/02. Молотковая дробилка //В.Р.Алешкин, В.А.Сысуев, В.Г.Мохнаткин, Н.Ф.Баранов (СССР).

- 3 с.:ил.

21. A.c. I045918 СССР МКИ3 В 02 С 13/02. Устройство для измельчения //В.А.Сысуев, В.А.Лагунов (СССР). - 3 с.:ил.

22. A.c. I05373I СССР МКИ3 А Ol F 29/00; В 02 С 18/06. Устройство для резки корнеклубнеплодов //В.А.Сысуев, А.Б.Русаков (СССР). - 3 с.:ил.

23. A.c. I06809I СССР МКИ3 А 23 К I/I2. Устройство для термохимической обработки соломы //В.Р.Алешкин, В.А.Сысуев, Г.Н.Костин, И.П.Ашихмин, Р.П.Гашка, Ю.К.Гаспарюнас (СССР). - 2 с.:ил.

24. A.c. I07I3I0 СССР МКИ3 В 02 С 13/282. Измельчитель // В.Р.Алешкин, В.Г.Мохнаткин, В.А.Сысуев, Н.Ф.Баранов, В.А.Решетников (СССР). - 3 с.:ил.

25. A.c. 1095993 СССР МКИ3 В 02 С 13/09. Молотковая дробилка //В.Р.Алешкин, Н.Ф.Баранов, В.Г.Мохнаткин, В.А.Сызуев, В.Г.Че-ранев (СССР). -3 с.:ил.

26. A.c. II47334 СССР МКИ4 А 23 N 17/00. Линия приготовления кормов //В.Р.Алешкин, В.А.Сысуев, В.Г.Мохнаткин, Н.Ф.Баранов (СССР). - 4 с.гил.

27. A.c. 1204256 СССР МКИ4 В 02 С 13/02. Дробилка для кормов //В.Р.Алешкин, В.А.Сысуев, Н.А.Чернятьев (СССР). -3 с.:ил.

28. A.c. 1380778 СССР МКИ4 В 02 С 13/282 //В.Р.Алешкин,

B.Г.Мохнаткин, В.А.Сысуев, Н.Ф.Баранов, В.Н.Шулятьев, В.И.Стяжкин,

C.М.Карпов, З.М.Кучинскас, Р.П.Гашка (СССР). - 4 с.:ил.

29. A.c. I38I793 СССР МКИ4 В 02 С 13/20. Молотковая дробилка //В.Р.Алешкин, В.Г.Мохнаткин, В.А.Сысуев, З.М.Кучинскас, Р.П.Гашка, Ю.Р.Свирскас, Г.И.Сорокин (СССР). -ДСП, 2 с.:ил.

30. A.c. 1662480 СССР МКИ5 А 23 N 17/00. Смесительная установка //В.А.Сысуев, Н.Ф.Баранов, II.А.Савиных, ВЛ'.Ллешйш, В.Г.Мохнаткин (СССР). - 3 с.:ил.

31. A.c. 1667922 СССР МКИ5 В 02 С U/Q2. Измельчитель кормов //В.Р.Алешкин, В.Г.Мохнаткин, В.А.Сысуев, Н.Ф.Баранов (СССР).

- 3 с.:ил.

32. A.c. 1709980 СССР МКИ5 А 23 N 17/00. Смесительная установка //В.Р.Алешкин, И.П.Ашихмин, В.А.Сысуев, В.Г.Мохнаткин, Г.Н.Костин, Н.Ф.Баранов (СССР). - 3 с.:ил.

33. A.c. I747I53 СССР МКИ5 В 02 С 13/02. Устройство для измельчения кормов //В.А.Сысуев, Н.Ф.Баранов, В.Д.Сапожников, В.Ф.Вагин, Н.А.Шильников, Н.И.Забарный (СССР). -3 о.:ил.

34. A.c. 1790865 СССР МКИ5 А Ol Р 28/00. Способ измельчения волокнистых кормовых материалов //В.Р.Алешкин, В.Г.Мохнаткин, В.А.Сысуев, Н.Ф.Баранов (СССР). - 2 с.:ил.

35. Ашхмин И.П., Костин Г.Н., Сысуев В.А., Игитов A.M. Оптимизация параметров питателя-загрузчика грубых кормов ЛИС-3.01 //Механизация процессов в полеводстве: Сб.науч.тр. - Пермь, 1984. - С.45-51.

36. Ашихмин И.П., Костин Г.Н., Сысуев В.А. Исследование реактора-смесителя технологической линии ЛОС-I //Механизация процессов в животноводстве и кормопроизводстве: Сб.науч.тр. -Пермь, 1983. - С.10-19.

37. Ашихмин И.П., Сысуев В.А. Оценка энергетических показателей рабочего процесса линии ЛИС-3 //Механизация процессов кор-моприготовления и содержания животных: Сб.науч.тр. - Пермь, 1988. - С.76-80.

38. Заявка на патент РФ № 93-00859915. Смесительная установка //В.А.Сысуев. - 1993.

39. Заявка на патент РФ J6 93-016352. Транспортер-очиститель корнеклубнеплодов //В.А.Сысуев. - 1993.

40. Заявка на патент РФ }Ь 93-040671. Раздатчик-измельчитель кормов //В.А.Сысуев, В.Д.Сапожников. - 1993.

41. Мельников C.B., Алешкин В.Р., Сысуев В.А. Номографический анализ математических моделей //Механизация производственных процессов в животноводстве: Сб.науч.тр. Ленинградского СХИ. - . Л.-Пушкин, 1978. - Т.362. - С.36-41.

42. Мохнаткин В.Г., Костин Г.Н., Ашихмин И.П., Сысуев В.А., Баранов Н.Ф. Приготовление кормов на комплексах крупного рогатоГО Uiw ici U ¿'Ui^/JiJOiW/i области (рекомендации). - Киров, 1991. -. 80 с.

Патент Р* 1720539 МКИ5 А 01 Д 33/08. Транспортер-очиститель корнеклубнеплодов //В.А.Сысуев, Н.Ф.Баранов, В.И.Рублев,

О.В.Суханов (СССР). -3 с.:ил.

44. Патент РФ I724I30 МКИ5 А 01 К 5/00, А 01 Р 29/00. Раздатчик-измельчитель кормов //В.А.Сысуев, Н.Ф.Баранов, А.Л.Коро-мыслов, В.Р.Алешкин, В.Г.Мохнаисин (СССР). - 4 с.:ил.

45. Сысуев В.А., Баранов Н.Ф. Кормоцех комплекса КРС //Механизация процессов кормоприготовления и содержания животных: Сб.науч.тр. - Киров, 1990. - С.5-10.

46. Сысуев В.А., Баранов Н.Ф., Сапожников В.Д. Разработка

и исследование линии смешивания кормоцеха комплекса крупного рогатого скота //Механизация процессов в животноводстве и кормопроизводстве: Межвуз.сб.науч.тр. - Пермь, 1989. - С.50-54.

47. Сысуев В.А. Закономерности распределения размеров частиц измельченных грубых кормов //Механизация и электрификация в животноводстве и кормопроизводстве: Сб.науч.тр. Кировского СХИ. - Пермь, 1981. - Т.72. - С.20-26.

48. Сысуев В.А. Измельчитель-смеситель грубых и сочных кормов //Техника в сельском хозяйстве. - 1993. - # 5-6. - С.24-25.

49. Сысуев В.А. Мобильный измельчитель-раздатчшс грубых кормов и подстилки //Техника в сельском хозяйстве. - 1993. -» 5-6. - С.25.

50. Сысуев В.А. Новые кормоцехи и технические средства для приготовления и раздачи кормов на фермах крупного рогатого скота. - Киров: НПО "Луч", 1993. - 47 с.

51. Сысуев В.А., Савиных П.А. Исследование рабочего процесса измельчителя-смесителя на качество смешивания //Средства механизации при интенсивных технологиях сельскохозяйственного производства: Тр. НИИСХ Северо-Востока. - Киров, 1991. - С.39-42.

52. Сысуев В.А., Савиных П.А. Оптимизация параметров измельчителя-смесителя кормов //Совершенствование технологий и технических средств для механизации сельскохозяйственных процессов: Тр. НИИСХ Северо-Востока. - Киров, 1992. - С.14-26.

53. Сысуев В.А., Савиных П.А. Разработка и исследование смесительной установки грубых и сочных кормов //Научные проблемы технического обеспечения аграрно-промышленного комплекса Нечерноземной зоны РС8>СР: Материалы науч.-практ. конфер. 15-17 мая 1991 года в НПО "Нечернозе;»;а:\с;:,:а:1!". - С.-Петербург, 1991. -

С. 95-96.

54. Сысуев В.А., Суханов О.В. Исследование отделения приме-

сей щеточными рабочими органами //Научные проблемы технического обеспечения. аграрно-промышленного комплекса Нечерноземной зоны РСФСР: Материалы науч.-практ. кон$ер. 15-17 мая 1991 года в НПО "Нечерноземагромаш". - С.-Петербург, 1991. - С.98-99.

55. Сысуев В.А., Суханов О.В. Исследование параметров установки для сухой очистки корнеклубнеплодов //Интенсификация сельскохозяйственного производства на основе совершенствования средств механизации и электрификации :Тр. НИИСХ Северо-Востока. - Киров, 1990. - С.20-25.

56. Сысуев В.А., Суханов О.В. Исследование работы машины для сухой очистки корнеклубнеплодов //Совершенствование технологий и технических средств для механизации сельскохозяйственных процессов: Тр. НИИСХ Северо-Востока. - Киров, 1992. - С.51-62.