автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Энергосберегающие технологии и технические средства в кормоприготовлении

Московский государственный агроинжснсрный университет ' им. В.П.Горячкииа

На правах рукописи

Е р м и ч е в Владимир Алексеевич" .

кандидат технических наук, профессор

УДК 631. 363

• ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ И- ; ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА В КОРМОПРИГОТОВЛЕНИИ

1

Специальность 05.20.01 -механизация сельскохозяйственного ртронзвоздетва

( *

\

Диссертация

' ил соисканис ученой стсисии

доктора технических наук и (]юрмс научного доклада

I

I

■ I

• ' . Москва -- 1994

} г

I

I

Работа 'выполнялась в Пермском/Ульяновском и Брянском сельскохозяйственных институтах в 1967 - 1993 годах.

Официальные' оппоненты:

Карташов Л.П. - заслуженный деятель науки и техники

Российской Федерации, доктор технически наук, профессор;

Мурусидге Д.Н.- доктор сельскохозяйственных наук,профе

Особое В. К. - заслуженный деятель науки и техники

Российской Федераций,доктор технически; наук,профессор

Ведущая организация - Всероссийский научно -.исследовательси

и проектно-технологкческий институт механизации животноводсп

■ ' • /

Защита состоится " 14 " марта _1994 года в часс

на заседании специализированого совета Д ' 120.12.02. Московского Государственного агроинженерного университета им. В.П. Горячкина по адресу: 127550 г. Москва, ул. ТимирязеЕская, 58

С диссертацией моксно ознакомится в библиотеке университет?

Доклад разослан "12 " февраля_1994 года.

Отзывы и замечания направлять по вышеуказанному адресу.

Ученый секретарь специализированного совета

канд. техн. наук, доцент » ^^ В.В. Солдатекков

Щм^

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В животноводстве сложилась устойчивая тенденция повышения 'себестоимости продукции. Нз его доли приходится Р.ОХ дорогостоящих энергоресурсов, потребляемых сельским хозяйством. Наиболее энергоемким является приготовление кормов, удельный вес которых.в себестоимости все более увеличивается:Это происходит не только эа счет роста стоимости кормового сырья,но и в следствии высокой, энергоемкости кормоприготовлеккя, особэн-но-измельчения и тепловой обработки.

В промьшшенно развитых странах (ФРГ, Великобритания к др. 'сельское хозяйство уже насыщенно, современной энергосберегающей техникой и технологиями, которые эффективно используются. Их опыт показывает, что энергосберегающая прлитика требует существенных затрат и должна приводить к адекватным обьемзм сэкономленной энергии.

Увеличение производства продукции жтаотноводствэ возможно лишь при обеспечении животных кормами соответствующего качества. При этом недостаточнэ располагать высокоурожайными сортами кормовых куль тур и высокопродуктквтгыми породами животных. Необходимы целевые комплексные разработки технологических процессор, и технического их обеспечения, учитывающие условия получения продукции при наименьших; затратах. Требования к кормовой базе определяются необходимостью рационального и полноценного кормления животных, когда наибольшее количество продукции может быть получено къшиг. затратах энергии и средств.

При нестабильности денежных оценок и стоимостных показателей, сложившихся в последнее время, объективно эффективность технических, средств может быть оценена по энергетическим затратам, представляющим собой их интегральную характеристику.

В животноводстве биологические объекты вместе с техническими средствами образуют биоэнергетическую систему, основанную нз попользован™ энергии живых организмов, а тагосе потреблении энергии для приготовления кормов н обслуживакия якаоткыл.

Затраты на производство продукции определяются стоимостью ' кормов и их качеством, если под качеством понимать совокупность свойств, влияющих 'на' использование кормов и удовлетворяющих ■ жи-

вотных. •

В связи с. этим актуально создание энергосберегающих техноло гий и технических средств для кормоприготовления.

Принципы энергосбережения закладывался при составлении раци она и обосновании состава поточно-технологических линии кормопри гото'влёния. Функционально-стоимостный анализ . оборудования дл кормоприготовления показывает, что целесообразно совмещение в од ной машине двух или более последовательно выполняемых технологи ческих 'операций.

Исследования, на основе которых подготовлена данная дкссер тация, выполнялись й . Пермском (1967^1973 гг." ), Ульяновске (1973-1986 гг.),Брянском .(1986-1993 гг.} сельскохзяйстЕеннш институтах. При этом автор участвовал'в региональных программах Государственных .научно-технических программах, утвержденных Г К.1 при Совмине СССР.

Под руководством и при участии автора ведутся работы по реп ональной! научно-технической программе "Нечерноземье" на 1986-19? гг. и период до 2000 года в соответствии с заданием 0.51.13. "Разработать и внедрить энергосберегающие технологические прс цессы, м'ашины и оборудование, осуществить Организационно-тех! ческие мероприятия, - обеспечивающее повышение ¡эффективное использования топливно-энергетических ресурсов".

Внедрение разработок осуществляется в рамках задания Главн* го управления вузов Российской Федерации и по плану совмести! научных исследований с Всероссийским научно-исследовательским проектно-технологическим институтом механизации животноводства : программе "Фермер России".

В ходе выполнения работ, полаженных в основу диссертаци по решению научно-технического совета Ульяновского областного' у равления сельского" хозяйства изготовлено 2-50 комплектов измелъч пщих аппаратов продольно-поперечного резания. Они устанавливали на кормоуборочные комбайны КСК-100, измельчители КУФ-1,8, а так использовались в стационарном исполнении хозяйствами Ульяновск области. ГСКБ по кормоуборочным машинам Гомельсельмаш предусмс рело применение предложенной конструкции в перспективных модели 3 хогяйчТзаА "^гьяновокой .области проведены испытания шкекс вого питателя-иамельчителя (ШЛИ) с резцами на витках в линиях ч мохимической обработки соломы ячменя, и яровой пшеницы.В сравне} с дробилкой-измельчитетел^м ИРТ-165-02 и одной секцией трзнспог

ра ТК-5, традиционно применяемых для этих целей, получен экономический эффект в среднем 2731 руб. ( в ценах 1985 года ) на одной технологической линии, снижение удельной энергоемкости на 44...48 7. и удельной металлоемкости на 80 X. Предложенная конструкция комбинированного измельчителя-увлажнителя обеспечивает измельчение тюков соломы влажностью до 35 7. и содержание в измельченной массе 80...92 7, частиц длиной до 100 мм с расщеплением вдоль волокон более чем 90 % стеблей, что вполне соответствует зоотехническим требованиям. Конструкция измельчителя и результаты его испытаний рассмотрены Головным экспериментально-конструкторским институтом по магянам для переработки травы и соломы (ГЭ-Ш, г.Вильнюс, 16.01.85). признано целесообразным их использование при проектировании машин ;ля переработки грубых кормов.

Комбинированные измг тьчители с вибрирующим рабочим органом, совмещающим измельчение г: обработку измельченной массы консервантами, используются в лит-. IX приготовления зерно-стержневой смеси из кукурузы в несколько; хозяйствах Ульяновской и Брянской областей. При этом приведен :ые затраты на 1 т готового продукта снижаются на 0,8...1,07 уб. га счет уменьшения стоимости комплекса машин и экономки энергозатрат. Экономический эффект в расчете на заготовку 2000 т корма составляет 4242 руб. Эти результаты послужили снованием для рекомендации в Систему машин для животноводства в качестве оборудования для ■ термохимической обработки солода шнекового питателя-измельчителя (поз. Ж.1.3.18), а для измельч ния грубых кормов- комбинированного измельчителя с вибрирующим . абочим органом (поз. Ж;1.3.10).

Научная проблема- снление энергетических затрат на кормоп-{ риготовление при использо знии в рационах грубых¡кормов.

}

1

Цель и задачи исследований. Целью исследований является обоснование и разработка технологий и технических средств для кормоприготовления,обеспе' .тающих снижение энергетических затрат и устранение потерь кормо .

Обьект исследования - процесс приготовления кормов с измельчением и тепловой обрабо. >:ой, а также технологические и динамические процессы, осутцеетзл. :!/Ые при этом техническими средствами.

Задачи иссяедовакий:

- анализируя явления биоконверсии, сформулировать предпосы. ки к разработке энергосберегающих технологий в животноводстве;

- с позиций системного подхода представить модель процес получения животноводческой продукции;

-на основе биоэнергетической оценки разработать методику обоснования рационального состава поточно-технологических лини кормоприготовления;

- изучить механические свойства грубых кормов и предложит способ оценки теплофизических характеристик кормового сырья при создании энергосберегающего оборудования для тепловой обработки

- обосновать.■целесообразность совмещения кормоприготовител ными машинами нескольких технологических операций и представи анализ факторов такото рабочего процесса;

- рассмотреть возможность энергосбережения за счет примен ния вибрации при измельчении кормов;

- создать и исследовать экспериментальные образцы машин р измельчения, тепловой обработки и транспортирования кормоЕ в пр цесее их приготовления;

- предложить рекомендации по премированию и технологичен ьу расчету машин в линиях кормоприготовления.

Научная новизна. Научную новизну работы составляют:

- биоэнергетическая оценка технических средств и процессс кормоприготовления;

- термодинамический анализ биологической подсистемы на ос: ве эксергии; !

- выявление основных закономерностей механического разруш стебельного кормового сырья;принцип и методика оценки его теп. физических.характеристик;

- анализ факторов рабочего^' процесса при совмещении технол' ческих операций комбинированным рабочим органом шнекового типа резцами на витках, представленного в виде тела переменной масс:

- совершенствование и интенсификация процесса измельчения мов путем применения вибрации рабочего органа;

- совершенствование технологии и машин для кормоприготовл путем разработки: и внедрения конструктивно-технологических схе мельчителек продольно-поперечного резания,шнекового питателя-к

чктелч с регцгу" кз витках, ком5кк::розакого ;»г1к;1читвля с зкбр

Практическая ценность работы. Предложенные в диссертации принт ципы являются научной основой при разработке энергосберегающих средств для кормоприготовления,включая:

- обоснование состава поточно-технологических линий и применения комбинированных кормоприготовительных машин;

- оценку физико-механических и теплофизических свойств кормового сырья;

- применение вибрации рабочего органа для интенсификации про- . цесса измельчения;

- разработку технической документации и методов инженерного расчета комбинированных измельчителей кормов;

- «здание методических материалов к рекомендаций по разработке и применению энергосберегающих машин.

Материалы исследовании, полученные з процессе подготовки диссертации, используются в производстве и при подготовке специалистов сельского хозяйства.

Реализация результатов после л ;в . Результаты многолетни;-: наследований изложены в 55 статья;-: ;: р?хгменлацпл>: производству, четырех авторских свидетельствах, относящихся непосредственно к: теме диссертация, а также в учебных пособия;-; для вузов: "Методическое пособие по расчету механических передач в машинах" (Пермь, 1963, 7 п.л.), "Методические указания к лабораторному практикуму" (Ульяновск, 1985, 2 п.л.), "Кормоэнергетика и энергосберегающее технологии в животноводстве" (Белгород, 1992, 2 п.л.). результаты исследований вошли составной частью в "Систему ведений животноводства Брянской области" (Брянск, 1987), а также в "Сборник профессиональных задач по механизации сельского хозяйства" (Москва^) 1993). I

Предложения, разработанные автором и с его участием по расчетам оборудования и комплектован™ поточно- т гхнологичес .-сих линий кормоприготовления приняты Ульяновским и Брянским областным управлениями сельского хозяйства, заводами "Сызрань сельмаг" и "Брянсксельмвш", Головным экспериментально-конструкторским институтом по мазикам для переработки травы ;: сог.о.гы (Г-ЭК>1, г. В::лъ).

При непосредственном участки автора проектировались ;: стро;:-лу.съ ксрмоцекк н различных >;гзя;:;тна;-: .¡ермскок, .-.к^г•_■.-.-'.•. 5 рях :кон о'лас те и.

* * ■ • »

Апробация работай" . Основные результаты работы докладывались на нгутао-практяческих.:.конференциях Пермского (1967-1973 гг.),.. Ульяновского'(1973-1988 гг.),' Брянского (1987-1992 гг.), Воронежского .(1983 г.), ''Целиноградского (1985 г.), Назанского (1936 г.)» Рязанского (1983-1987 гг.), Ленинградского (С.-Петербургского) (1986, 1991, 1992 гг.)-сельскохозяйственных институтов;Саратове кого (1985, 1987 тг) и Челябинского (1975, 1977 гг.) институтов механизации сельского хозяйства; на Всесоюзной научной конференции вузов СССР с участием научно-исследовательских институтов (Москва, 1974 г.), на научно-технических Советах: КБ "Сыз-ракьсельмаш'"(1985 г.); ГЗКИ (г.Вильнюс, 1986г.); Мкнсельхоза России (г.Саратов')4' 1992 г.); Ульяновского (1986 г.) и Брянского (1988 г.) обсельхозуправлений; на ежегодных конференциях ВШШЖ (1985-1993'гг.). по выполнение заданий Государственных научно-технических программ 0^51.25. - по интенсификации производства молока и говядины, 0151.12 - по разработке системы машин к прогноза развития техники до 2010 г. для ферм ¡крупного рогатого скота. Разработки, выполненные под руководством и при непосредственном участии автора, отмечены двумя Серебряными медалям ВДНХ СССР (1971,1990 гг.). \

Обшая методика исследовании. В качестве предмета исследования приняты экспериментальные и серийные кормопркготовктелькые машины, поточно-технологические' линии кор'моприготовления, корма и кормовое сырье. " :

Программой работ.предусматривалось реяакгмэ следующих задач:

- изучить фкзкко-механические, ;тегт^из!г-гэсикз свойства кормовых материалов и оценить их влияние на процессы механической и тепловой обработки кормов;

- оценить адекватность предложенных моделей процесса кормоп-риготовления и функционирования /предлагаэг.шх для этого кормопри-.готовительных машин;

- установить оптимальные по энергетическим затратам параметры и режимы работы таких машин, обосновать конструктивно-технологические принципы их проектирования;

- проверить в производственных условиях качество функционирования предложенных технических средств.

При проведении экспериментальных исследований были созданы специальные приспособления, установки 'к стенды для определения •фракционного состава:некоторых кормовых материалоз; установлен;«

Ч • • - g -

заиыосвязи между качеством измельчения и интенсивностью влагоот-зчи; определения характеристик прочности стебельного кормового ырья в зависимости от влажности, а также механических свойств очатков к стеблей кукурузы; исследования сопротивляемости грубых эрмов разрушению при резании; исследования теплсфизкческих войств кормов; проверки работоспособности предлагаемых техни-еских-средств.

Балансовые опыты на животных проводились с целью биознергети-зской оценки кормов по общепринятым методикам. Количество вало-ак энергии в корме определялось сжиганием средней пробы в кало-иметрической бомбе.

В процессе исследований применялись методы теории подобия, зционального планирования экспериментов, математической ста-истики. Использовалась современная тензометрическзя аппаратура ля проведения экспериментов и средства вычислительной техники ля обработки полученных результатов. Для выявления влияния раз-ичных факторов исследуемые процессы моделировались.

Под руководством аат'ора при выполнении отдельных разделов риняли участие аспиранты Петрушкин • Г.0., Краева Н.И., Сазев .П.,Корсаков A.B., Эллц А.Я., Кнмалсз Г.К., Брокер? В.В., Курда--звВ.И., Богатов' В. А., Аюгин П.Н., Яяченко B.C., Кугюр B.U.

Всем им приношу искреннюю благодарность.

Научной основой paíor по совергенстнозлига лроцессо? косч лготовденкя, зк.~пчгл вопросы теорп/ -лгм^льчения кормов, являются руды В.П.{ .Горячкина, В. А;' Келитовского. О:гл получили развитие в ^следованиях В.Р.Алешкина, A.A. Артпякка, H.A. Барсова, Б.И. Ва-iffla, И.Ф.. Василенко, AJÍ. Завражнова, В.И. Земскоза, В.А. Зябло-г, Н.О. Игнатьевского, В.Г. Кобы, Б.В. Кононова, П. А. КорийЦ"~> i, Л.И. ^роппа, Г.М. Кукты, Х.Г. Курганова, Л.М. Куцына,П.И. Ле-■гтьева, É.А.Ызркаряна, В.Ф.НекрасеЕнча, Ю.Ф. Новикова, В.И. Осо-эва, E.H. Палецкого, В.И. Передни, -И.И. Ревенко, Е.К. Резника, .Е. Резника, C.B. Рькоза, Н.В. Саблккова, B.C. Сечкина, В.И. Сы-эватки, К'.Ф. Тершшэвского, И.Я. Сидоренко, ¡O.A. Чурсиноаа, .Г. -Шамова и др. ученых.

Большое- количество /исследований отечественных и зарубежных зторов посвящено совершенствованию технологических процессов в *вотноводстве и юс экономической оценке. . Из них наибольшее зна-5ниэ имеют работы Е.И.Базарова,.Н.В.Ерагикца, U.U. Яскандаряна, ■ П. Карташова.В.Г.Кобы, Н.М.Морозова, Д.Н.Мурусидзе,В.М.Рабитыны, .

10 - .

Ю.А. Симарева, В.И. Голдовского, В.И. Сыроаатки, Ю.А. Широкова.

Однако, до сих пор отсутствуют комплексные исследования процессов кормоприготовления в биотехнической системе получения животноводческой продукции, где животное является одновременнс предметом' и средством труда. Причем, различные способы обработки кормов по-разному влияют на продуктивность животных. В.И. Земсков рекомендует оценивать это влияние коэффициентом эффективности. Для термохимической обработки соломы он составляет 1,36. Эффективность скармливания грубых кормов возрастает при их предварительном измельчении.

востребования сводятся к получению' величины резки в пределах 20... 50 мм ( не менее 85%). При этом не менее 90 7. массы частиц должно быть длиной до 70 мм. Желательно полное расщепление стеблей и'междоузлий.' Учитывая снижение степени расщепления стеблей и междоузлий с увеличением влажности, нижним пределом следует считать 85 Т. ( по Е.И. Резнику).

Большая часть серийно- выпускаемых измельчителей этому требовании не соответствует па однородности фракционного состава " 'измельченной массы.

На защиту выносятся:

- научные основы кормоэнергетики.биоконверсии и разработки энергосберегающих П.Т.Л.кормоприготовления;

- методика и результаты исследований технологических свойств кормов; '

- анализ процесса кормоприготовления при совмещении операций;

- научные основы применения виброрезания при измельчении кормового сырья; )

- конструктивно-технологические схемы кормоприготовления, оптимальные по энергозатратам.

СУЩНОСТЬ И ЗНАЧЕНИЕ БИОКОННЕРСИИ '

Производство продуктов животного происхождения - мяса, молока, яиц, шерсти, воспроизводство стада, а также использование жи-• вотных. на •сельскохозяйственных работах связано с превращением энергии. Энергию,• необходимую для процессов жизнедеятельности, роста и производства продуктов, животные получают из корма. Значительное количество получаемой организмом энергии уходит"'"на

усвоение и- обмен питательных ' веществ. Поэтому лишь небольшая часть первоначально потребленной энергии является "полезной", т.е. переходит в энергию конечной продукции.

Для расчета совокупной энергии, затраченной на производство животноводческой продукции определенного вида, могут испольао-ваться энергетические эквиваленты, т.е. затраты совокупной энергии на единицу основных средств производства, оборотных фондов и затрат труда.

При Формировании затрат совокупной энергии учитывается, что кроме других составляющих, часть ее переносится оборотными средствами, а другая часть овеществляется в кормах. Та часть, которая переносится оборотными средствами, складывается из энергии, переносимой электрооборудованием, машинами и технологическим оборудованием, использующим различные топливо-смазочные материалы, а также тепловой энергии С35, 37, 39, 45, 57].

Наиболее существенной является энергия, содержащаяся в кормах и энергия, затрзченная на производство кормов. Энергосодержание в кормах определятся суммированием совокупной энергии по всем видам кормовых средств.Энергетические затраты на заготовку кормов и кормоприготовление нз всем пути от поля до кормушки должны быть оправданы получением животноводческой продукции. Нами предлагается биоэнергетическая оценка применяемых или новых технологий, машин, оборудования для приготовления и раздачи кормов, обслуживания животных, первичной обработки сельскохозяйственной продукции с позиций кормознергетики, отражающей закономерности накопления и превращения эк-ргии в процессе производства и использования кормов '.рис л з.

Унергосодержание продукции животноводства, например, крупного рогатого скота, определяется суммой энергосодержания молока,хиной

I

массы, приплода, экскрементов. Энергетическая ценность, каждого из этих компонентов может быть определена с достаточной точностью. Так, для 1 кг молока жирностью 3,3 X она соответствует 3,07 ЦЦх. При другой жирности выполняется перерасчет по формуле:

9 -3,07 +0,4 (Ж-3,8), где Ж - фактическая жирность молока, X .

Увеличение доли грубых кормов в рационах крупного рогатого окота и уменьшение количества концентратов целесообразно, поскольку грубые корма по затратам совокупной энергии обходятся дешевле.

Тепловая и химическая обра- • ботка измельченной кормовой . •МаССЫ

Биологическая термодинамическая система

Измельчение ксюганентов кормоамеск

Транспортировка к измельчител

Валовая энергия корма

Эоб >2Ъс 2Э£ =Эв+Эх+(Эт+Эи+Эо+Эс)+Эр

Затраты энергии на прирос массы и получение молока

Рис.1 Схема биоконверсии

По оценкам А. И.Завражнова,затраты на приготовление 1? кормос-меси наименьшие с низким (до 10Х) содержание искусственно обезвоженных кормов и высоким (до 60Х) содержанием грубых кормов.По питатель ности предпочти телькеэ рационы с содержанием грубых кормов до 60л и зернофуража - до 25.. .40 7..

Особую важность приобретают вопросы оптимизации рационов на принципах биоэнергетической оценки и создания технических средств, обеспечивающих режимы энергосбережения. Широкими возможностями к этом отношении обладают комбинированные машины, выполняющие одновременно несколько технологических операций с\ оптимальной загрузкой двигателя. Основной резерв экономии энергии -это улучшение использования кормов, что подтверждается значениями коэффициента бнококверсии (трансформации) энергии кормов в энергию продукции животноводства: в среднем он составляет 6,4 *, а потенциальное его значение - на уровне 16 X. Столь малая доля преобразуемой энергии объясняется, в частности, потерями энергии кормов при их заготовке, хранении, приготовлении и раздаче. С ростом продуктивности коров биоэнергетическая эффективное растет по экспоненте, а удельные расходы кормов и топлива снижаются.

проду к?•'??кость хчватину р больше" мере овяза-а •:• не д осi'н гком в рационе энергии, a fie оелкз и витаминов. Доквзз-нnt что 1 кг тканей. т?лэ i-.грослых короз содержит 20 МДж зкерг»;<, п затраты энергии ка си:;т-г.э 1 кг молока практ!меоки одинаковы у коров с аысокой и к:-;?кой п'^дуктиг-ностьа. Коровы поедают к? бол«-й.О-. .3,5 кг oyvoro r.ei^c.n:'. на 100 кг жигой массы в день.

Поскольку научно обоснованное ведение животноводства имеет целью получение максимально дешевой продуцни в достаточном количестве, '"»пр^деляющим фактором кормления является его энергокаеы-(Дгннсоть » расчете к а единицу использованного корма. Чем пыл? продуктивность животных, тем выше должка быть концентрация энергии сухого вещества.

Организм животных выступает в роли преобразователя энергии корма, затрачивая определенную работу. При зтом фигколс-гки? процессы, сопровождающиеся различными энергетическими воздействиями, можно отнести к нессмопроиэвольным, т.к. переход или преобразование энергии происходит принудительно и сопровождается убыванием энтропии. По законам термодинамики кесамопронгзальлыи процесс совершаться лксь при условии, что наряду о ним идет

компенсирующий его по изменении энтропии'самопроизвольный процесс, при котором энергия переходит от большего потенциала к меньшему с положительным воздействием (т.е. когда энергия к телу подводится). Такими скомпенсированными процессами являются сочетающиеся процессы кормления и процессы новообразования (получения продукции). Поэтому анализ процесса усвоения кормов животным организмом нами проведен с учетом их питательности и энергетической ценности, учитывая влияние окружающей среды и на основе эксергии. Ока представляет собой превратимте в работу часть энергии рабочего тела и!подаваемой теплоты. Работа, совершаемая биологической термодинамической системой, имеет максимальное значение Е при условии полкой обратимости всех процессов.

Степень совершенства происходящего в этой системе термодинамического процесса определяется величиной эксергических потерь, вызванных необратимость». Являясь функцией состояния, величина эксергии (в отличии от энергии) зависит и от параметров окружающей среды.

Нами совместно с канд. биолог, наук Гутковичем Я.Л. проведены балансовые опыты на крупном рогатом скоте при откорме и на коровах с суточным удоем 15 кг. Полученные результаты представлены .в виде графика Грассмана (рис.2). Он иллюстрирует баланс эксергии Е1 с ее затратами на поддержание жизни животного -дЕ/-2, потерями с калом, мочой и газам;: Е г ат5р затратами на теплопродукцию и получение продукции Е2яМ . " ;

По закону гпи - Стодолы, потеря эксергии из-за необратимости процесса, определяется произведением термодинамической температуры окружающей среды Т„ (в нашем случае -наименьшая температура ейстемы) на приращение удельной энтропии системы о^ необрати -мэсти процесса: д Е = Т2 .¿¡Б.

'Такова связь между приращением энтропии и потерей работы в системе. Считая температуру приемника (т.е; тела животного) постоянной, можно полагать, что рост энтропии системы пропорционален потере механической работы вследствие необратимости действительных процессов. Следовательно, соответствующей предварительной подготовкой кормов можно сократить непроизводительные потери эксергии,повысив эксергичеокйй к.п.д. термодинамического цикла биологической системы. При этом повысится переваримость кормов-.

Процентное' отношение переваримых питательных веществ к потребленным сырым веществам выражается коэффициентом переваримости.

п ОА.

1 - I ^ ?

~2 отГр

Ркс.2. График Ррассмэна по результатам балансовых опытов с крупным рогатым скотом.

Питательность кормов в зависимости от коэффициента переваримости органических веществ может изменяться в 1,5 раза и более.

При заготовке объемистых кормов ; только низкого качеств* и, следовательно, с низкой переваримость»} энергии, нельзя реализовать в лКЕотководчеокув продукции потенциально энергетич^ку» питательность кормой. Потеря ее с калом тем боле?, чем ниже переваримость кормов. Потери с газами снижаются с повышением уровня кормления, потери с мочей - также, хотя и в меньшей степени*. ^Как видно из графика, валовая энергия, заключенная в питательных веществах корма, за вычетом неизбежных потерь ее в процессе переваривания и усвоения корма, характеризует содержание обменной энергии. Для измерения питательности мы используем энергетическую кормову» единицу. За .энергетическую кормовуп единицу <"ЭК£) принято 2500 ккал, т.е. Ю467 иДж в системе СИ, для практического использования округленно -Ю ССО нД* (10 ИДх). Уровень знэргати-ческого питания определяется количеством энергии, приходящейся на 100 кг живой массы, от- чего а свою очередь зависит продуктивность

животных. При относительном постоянстве концентрации валовой анергии (18-,? МДж) и потерь энергии с мочей.' и метаном концентрация обменной.энергии в кормах зависит главным образом от ее переваримости, которая практически совпадает с переваримостью сухого вещества зеленых растении.

В общем случае качество выражает существенную определенность объекта, отличающую его от других. При оценке качества кормов с энергетической точки зрения появляется возможность учесть не только их биологический потенциал, но и'затраты на предварительную подготовку-, например,в технологических линиях кормоприготовления. Однако сравнение кормов лишь по энергетическим показателям было бь односторонним. Более полная характеристика может быть получена с помощью биоэнергетической оценки. Применительно к производству продукции животноводства биоэнергетическая оценка отражает отношение усвоенной животными энергии, которая составляет около 90 7. энергии переваримой части корма, к затратам энергии на производство и приготовление кормов. Важность такого подхода подчеркивается требованиями современного производства экономить энергию, затрачиваемую на получение продукции животноводства. Максимальная энергетическая питательность рациона достигается при переваримости энергии выше 677.. При меньшей - снижается эффективность использования потенциальной энергии кормов. Величина обменной энергии зависит от концентрации и соотношения в рациона: основных питательных веществ,их переваримости и усвояемости. ; В процессе получения продукции животное служит одновременно

предметом, и оредстаом труда, целью которого является получеки качественной продукции при наименьших затратах материальны ресурсов. Процесс янергонасыщения кормовых материалов при их пе I реработке обусловлен множеством детермированных и случайных фаь торов, определяющих нагрузку и режимы работы силового и технолс гического оборудования. К наиболее значимым факторам, влияющим 1 энергопотребление системы, откосятся вид и физико-механическ свойства кормового сырья и готовой продукции.

В процессе производства продукта.в результате воздействия материал рабочих органов машин, включенных в ПТЛ к выполняют одну или несколько последовательных операций, энергия, подводт. ■ к ним, расходуется на изменение физических свойств материя: т.е. происходит как.бы превращение энергии движения в потенциа; ну» энергию, которая накапливается в обрабатываемом ыатериа.

-Я" -

Этот процесс оценивается показателей энергонасыщенности конечного продукта, выраженным в' единицах удельной энергии (МДж/т, .кВт . • ч/т), который отражает способность материала сопротивляться внешним воздействиям со стороны рабочих органов иашин. •

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ПРОДУКЦИИ ЖИВОТНОВОДСТВА

При производстве продукции животноводства расходуются материальные, трудовые и энергетические ресурсы. Элементы энергозатрат на'производство продукции можно выявить, моделируя технологический процесс, содержащий целенаправленные действия по изменению состояния предмета труда. Например, для молочного ■ комплекса пока. зателем энергоемкости будет служить отношение полного расхода энергии к количеству полученного молока.

Энергонасыщенные высококачественные корма животные поедают охотно. В общей вариабельности продуктивного потенциала около 70?. вариаций связано с поедаемостью корма, а 30 % с его переваримостью, зависящей от физического состояния кормов. Из всех физиологических факоров, оказывающих влияние на потребление корма, наибольшее значение имеет баланс энергии, как стремление организма компенсировать изменение содержания энергии в тканях за счет потребления ее с кормом. В организм животных энергия поступает в виде конкретных ее носителей - глюкозы, кислот брожения, высокомолекулярных жирных кислот и аминокислот. Доступность усвоения •энергии определяется составом рациона [24, 25, 26, 36].

С позиций системного подхода процесс приготовления кормов, предусматривающий измельчение сырья, можно представить в виде модели детермированной системы с. явно выраженной целевой Функцией, позволяющей оптимизировать режи^ работ оборудования (рис. 3).

Выделив подсистему непосредственной обработки кормового сырья, нетрудно заметить, что каждое последующее состояние кормовой массы определяется предыдущим состоянием ее или" ее компонентов, а также воздействием рабочих машин (см.рис, 1).

Первичные характеристики сырья представляют собой совокупность показателей, характеризующих кормовую массу как объект обработки, и зависят от механических свойств его в состоянии поставки. Непостоянство свойств сырья приводит к изкекекшз внешних воздействий ка рабочие органы кормоприготовительных уъшт.

- 18 -

1. Подпроцесс подготовки корма

х,, хг.-... - кинематический режим, геометрические к кокструвгквкь

характеристики рабочих органов; У,, уг - начальная влажность, фракционный состав; 2,, ... - модули упругости вдоль и поперек волокон, модуль

сдвига, предельные напряжения; ____

Э, Ц - энергетические'затраты и пропускная способность при

• получении корма; Пк . - комплексный показатель качестза.

2. Подпроцесс получения-продукции

Г УГ ) Р

биологическая термодш«й!.(Иче с кая система

О

. х,,х2 . - свойства')« энергетическая ценность корма; У( >Уа)•.•»У,- параметры окружающей среды;

. - породные качества к индивидуальные особенности животного, мастерство и профессиональный уровень обслуживающего персонала.

• Факторы-подпроцессов х - контролируемые и управляемые;' /у -. контролируемые, но не управляемые; г - не контролируемые и не управляемые. Рис. 3. Модель функционирования биотехнической системы

Оно проявляется в неравномерной их загрузке-, сказывается на показателях качества и суммарных энергетических затратах [51].

Выходные параметры, т.е. свойства готового корма, должны соответствовать зоотехническим требованиям. Они характеризуют результат, получаемый после обработки кормового сырья, и оценивается комплексным показателем качества.Регулирующие параметры задаются в процессе конструирования и во время работы оборудования.Они не изменяются в отличие от регулирующих воздействий, которые подлежат регулировке при- настройке оборудования ( например, измельчителя ). Очевидно, что регулирующие воздействия являются оптимизируемыми переменными, а регулирующие параметры служат ограничениями технологического и технического порядка.

Свойства получаемого готового корма, как выходные параметры системы, могут быть ограничениями по качеству и критериями эффективности функционирования системы, т.е. целевой функцией. В связи со случайным характером внешних воздействий, выходные технологические и энергетические показатели также случайны в вероятностно-статистическом смысле.Все это многообразие явлений на основе теории вероятностей можно отнести к области случайных процессов. Как видно из рассматриваемых схем, влияние всех факторов на качество готового корма осуществляется непосредственно через работу исполнительных органов применяемых машин.Основными элементами системы являются: сырье-транспортер-измельчитель-готовый продут (корм).

й случае применения комбинированных машин каждая из них мажет представлять собой законченную однопоточную технологическую л::нга или функционирующую подсистему, в которой исходный материал (сырье.) проходит через ряд дополняющих друг друга или совмещению: рабочих органов и превращается в готовый корм. Такие линии, если они не имеют резервирования и регулирующих емкостей, должны соответствовать требованиям к надежности и качеству функционирования.

С энергетической точки зрения предлагаемая или принятая технология заготовки и.приготовления кормов может считаться эффективной, если обеспечивается соблюдение условия:

5лГ ,

где £ Э; - затраты (суммарные по операциям технологического процесса- зкергии ка производство кормов и их приготовление,

Э об - величина обменной энергии.

Величина ^ показывает,во сколько раз усвоенная энергия больше затрат энергии на получение корма и изменяется в зависимости от набора машин в технологических линиях заготовки или приготовления кормов, поскольку от этого набора зависят пооперационные и суммарные затраты энергии.

На производство 1 т кормов одинаковой питательности по разным технологическим схемам и с разным оборудованием требуются различные энергозатраты Э уд., которые обычно не связываются с качеством обработки корма и его конечными свойствами.С целью устранения этого-недостатка, укоренившегося в'инженерной практике, нами предлагается- вводить в энергетические расчеты показатель качества подготовки .или обработки корма, который служит количественной характеристикой одного или нескольких свойств продукта, составляющих качество (ГОСТ 15467-79).

В частности, для оценки различных конструкций измельчителей кормового сырья целесообразно использовать показатель качества измельчения в виде коэффициента однородности Ко, представляющего собой отношение массы определявши фракции в пробе Рф к кассе пробы Рп С171 :

При Ко - 1 масса частиц пробы имеет средний заданный размер, а качество переработки продукта - идеальное. Определив Ко в процентах, получим характеристику, указываемую в| arpo- или зоотехнических требованиях. Учитывая коэффициент однородности, мы предлагаем сравнивать различные конструкции измельчителей по показателю По, представляющему собой удельный расход энергии с учетом качества готового продукта: ;

к&т-г

no s ТкГ~ ' •

где N - мощность, потребляемая измельчителем, кВт;

Q - его пропускная способность, т/ч.

Этот показатель служит объективной характеристикой для сравнительной энергетической оценки различных измельчителей.

Таблица 1

• ' • Характеристики измельчителей по удельному расходу энергии с учетом качества работы

Г----- 1 ■ ■ | Mapscá ----- произ ■ ■ i уд.рас[масса фракщ — ., И, 7. 1 .......1 коэф. 1 ------------- " 1 показа- |

| машины води- ход \- > -1 одно- 1 тель, По[

1 тельн., энергии,1 0-5 | 5-10 10-| родн. 1

1 т/ч к 8 тг/т ¡ Ш 1 ММ . 15 | крмель- ¡ 1

Ь i 1 i мм 1 t чения | 1

1 | КПИ-4 • 3,7 1 1,2 | 72,8| 20,6 1 6,61 1 0,72 1 1,66 |

| Волгарь-5 -7,5 3,2 I 81,8| 17,1 1,11 0,81 1 3,95 |

1 ЖС-5М 5,1 1,4 | 31,11 32,1 - 1 0,31 ¡ 4,51 1

I АПК-10 i 13,6 2,2 | i 27,1| i 33,6 - 1 1 0,27 ¡ i 3,14 | i

Наименьшее значение сравнительный показатель По имеет для но-1 жевого измельчителя КПИ-4, работащего по принципу реззккя. Коэффициент однородности здесь соответствует требуемому. Следователь-/ но, как с энергетической точки зрения, так и по качеству работы ножевые измельчители корнеплодов более эффективны. Аналогичные материалы для сравнительной энергетической, оценки с учетом качества конечного продукта получены нами к для измельчителей грубых кормов.

В целом же, качество корма' представляет собцй интегральную характеристику, учитывающую не только качество измельчения, но и изменение других механических свойств в процессе обработки кормового сырья (в частности влажности),а также "повышение его корковой ценности (рис.4').Поэтому качество следует рассматривать как совокупность свойств получаемого корма, отвечающих определенным потребностям в соответствии с его назначением.

Биоэнергетическая оценка технологической линии ксрмспркготов-ления или отдельных машин, входящих в нее, должна производиться по конкретным критериям. Кормовая ценность определяется путем зо-оанализа кормов -известными методами. Под поэдаемостью понимается разница между- заданным и съеденным кормом, а 'переваримость является главным фактором, определяющим доступность валовой энергии кор;1п для внутренней-среды организма. Что дается качества из-

Рш;4. Факторы," определяющие качество обработки корма

■ веденная низке блок-схема убавляющего алгоритма для расчета

■ состава ПТЛ кормоцехов С42]. Такому расчету предшествует составление таблицу с.-указанием в ¡ей номенклатуры "применяемого для различных операций оборудовс. сия и его технических характеристик (производительности, установи знной мощности). Вместе с этими данными в'память ЭВМ вводятся следующие условия: компоненты рациона и их количество; количество половозрастных групп животных; объем каждого компонента корма в районе; количество животных в груттпе; удельная установленная мощное гь оборудования, кВт ч/ЗКЕД; объем бункеров и запарников, м3; объемная масса кормовых материалов, т/и3; коэффициенты заполнен! I бункеров и запарнжов; коэффициент запаса; время выполнения кг гдой операции; доля разовой выдачи кормов,-время простоя и продол ките ль ности технического обслуживания оборудования.

' Задача расчета сводится к выбору наше нее энергоемких к наиболее производительных мглпе для выполнения предусмотренных технологией операций| >

Целевой функцией может быть и себестоимость получаемых кормов, но, учитывая объективность биоэнергетической оценки, правильнее принять в;качестве ц,левой функции себестоимость I ЭКЕД.

При расчете ПТЛ на печат: выводится тшгчестзо единиц оборудования каждой марки, суточн.- я производительность кормоцеха и его производительность по смесит' ли, установленная модность оборудования и удельные .суммарные з. траты энергии на получение 1 ЭКЕД. : Например, для одного из совхозов УьяновскоГ; области после обоснования" рациона выбраны с ледующие те?:нолэг:гческ::е линии : обработка соломы, подготовка с< на, приготовление внтаминко-травяной муки, заготовка сенажа и сил са. Три последние линии могут размещаться за пределами кормоцех , - они работает в период заготовки кормов. Кроме того/ лрэдус:.; игрека линия смеетгзания, где вносятся и необходимые кормовые добав ь.

Для трехразового приготовления кормов по принятому рациону необходима производительности 12 т/ч. Полученные результаты расчета на ЭВМ представлены з виде технологической схемы кормоце-ха(рис.6).В линиях обработки грубых корыоз используются два измельчителя ИРМ-15, занятых к л обработке сена и соломы. В кормоцехе, на основании расчета, дол. .<но быть установлено 29 единиц технологического оборудования 16 наименований. Суммарная установленная, мощность 337,7 кВт,удельные затраты энергии - 0,143 кВт на 1 ЭКЕД.

Н • а ч; а л о - ^.

Веод данных

Расчет суточной потребности • с,-..го корма. ..

Определение разовой выдачи ! '¿-го кррма

Р.асчет линии приготовления ¿-го корма

■ I

О пределение емт ' кости бункера для промежуточного хранения- '

О пределение про-и зводительност.и измельчителя

.Выбор и.змельчитбля

рибор- транспортера ..для загрузки из— • мельчителя

г—II-

Выбор транспортер^ для загру&ки запррника

0 пределение требуемой.. производительности запарника __

Ги •

Б ыбор запарника •

гй

Б ыбор транспортера для' загрузки бункера-накопителя

г-15

Бабор бункера для накопления и дозирования

-16-

0 пределение -требуемых характеристик транспортера' для-сбора- ком-

— Т7-

Быбор транспортера

1В

Расчет характеристик и выбор смесителя

р!5-

Быо'ор транспортера для выгрузки готовой кор-мосмеси

С Конец )

Рис.5 . Блок-схема управляющего алгоритма для расчета состава П .Т Л . кормоцеха

Удельные энергозатраты на приготовление грубых кормов,корнеплодов и концентратов соответственно равны 0,092; 0,011; 0,014 гсВг/ЭКЕД. Причем удельные энергозатраты на приготовление грубых кормов составляют 64,3 X общих удельных энергозатрат и зависят в основном от энергоемкости измельчителей.

Полученный таким • образом вариант комплектования технологических линий может быть признан оптимальным по принятым критериям. При этом установлено, что наиболее энергоемкой является операция измельчения кормового сырья для всех компонентов рациона.'

Анализ структурной схемы кормоцеха и результатов его расчета убеждает в целесообразности применения комбинированных машин, совмещающих операции обработки сырья с межоперационным транспортированием. Это сократит удельные энергозатраты на получение 1 ЭКЕД.

Объективная оценка качества кормового сырья и кормов, технологий и оборудования для их приготовления позволяет выявить резервы экономии совокупной энергии и повышения продуктивности животных. Сопоставляя различные варианты технологий по результатам их биоэнергетической оценки, можно найти оптимальные варианты.

Поскольку наибольшая величина энергопотребления приходится на приготовление корма, очень важно, например, увеличить долю грубых и сочных кормов, уменьшая долю концентрированных, т.к. производство грубых кормов по затратам совокупной энергии обходится сравнительно дешево. Предлагаемая методика комплектования состава ПТЛ способствует оптимизации энергопотребления и существенному сокращению стоимости животноводческой продукции.

В.И. Земсковым й А.И. Завражновым предложена методика определения энергетической питательности (ЭКЕ) и подсчета дополнительного количества молока Д Ц, полученного за счет ее повышения:

дЦ = шУ (к - 1), где ш - поголовье животных;

Н;

У = г--уровень продуктивности, кг;

Н^, - соответственно суточная и удельная • на 1 кг молока "норма затрат ЭКЕ при ^ - том уровне продуктивности животных;

Ркс. 6- Технологическая схема кормоцеха

- 29 - .

коэффициент повшения питательности кормосмеси;

соответственно питательность единицы кормосмеси и суммы компонентов, входящих в кормосмесь ( ЭКЕ).

В"качестве- критерия оптимизации ПЛ.Л. принимается расчетный годовой доход. На основании расчетов получены ■ номограммы для оценки выбранного варианта кормоцеха. Данные Ю.А. Сшарева свидетельствуют о том, что стоимость кормоцеха в расчете на одну голову КРС должна составлять около 70 рублей ( в ценах 1991 г.). Иначе получение дополнительной продукции не покрывает, расходов на его строительство и эксплуатацию.'

• ТЕХНСШОГИЧЕКИЕ СВОЙСТВА КОРМОВ

Ыеханические характеристики. При рассмотрении структурной схемы обработки 1 кормового сырья отмечена совокупность показателей, характеризующих его Kai? объект обработки. В процессе' приготовления происходи^ измельчение, насыщение пзиельченпф массы химическим раствором, тепловая обработка и 'транспортирование кормов.

Изучению механических свс. ictb этих мг.тармалоз, которые отличаются большим разнообразно!.: к изменчивостью, уделяется большое внимание в трудах Горячкина В.П., ЖелигоЕского В.А., Кргмаренко Л.П.', Крагельского И.В., Карп H.A.- к других исследователей.

: Нами изучались лишь те свойства, которые необходимы для проведения -опытов, предусмотренных программой, и сравнения экспериментальных данных с расчетными [2, 3, 4, 18, 443. . .

, Установлено, что резание стебельных кормов и корнеплодов начинается с момента касания лезвия и распространяется й направле-hi-r.i его действия. Вид разрушения -зависит от соотношения пластических и упругих свойств материала, а тайке скорости воздействия на него. Этими же факторами

определяются и энергетические затраты. В отношении, стебельных кормов следует учитывать предельные напряжения растяжения и сжат;л в разных плоскостях. Нашими теоретическими исследованиями подтверждена возможность принятия закона изменения усилия деформации стеблей в виде:

Л, Пц -

'■•••'• ' - эо. - ' . . '

с - коэффициент упругости материала, £ - величина деформации, . 3 — коэффициент пластичности. • .. ¡шяв - Т, закон изменения усилия деформации приобретает вид

Отношейие 1/с представляет собой предельно возможную деформа-: .о, на величину'-которбй пластические свойства материала не вли-Зная величину Т, имеющую смысл постоянной времени для данно-: кормового сырья й требуемую величину его деформации до начала : эрушения, определяется продолжительность воздействия рабочего . гана. измельчителя-при. минимальных энергозатратах. Стебель раз. -дается в результате преодоления сил связи между его частицами,, .д влиянием внешних воздействий, превышающих предел прочности. : -'../и разрезании стебля-механическим способом обязателен его прогиб г. л прогиб элементарных волокон, с которых начинается разделение.; . вменение деформации, как интегральной функции, подчиняется экспо: .нциальному закону . •

I - -¿-тах I 1 - ехр ( - — )'],

. -'ли Ь - длительность действия силы К. !

изучении прочностных характерного стебельных кормов опреде- • .ллись пределы временного сопротивления при разрыве , срезе ': с.р ¡сжатии б"сяс,а -также удельное сопротивление резанию ч^'и удельная.работа резания.А уд.

Прочность стеблей на разрыв определялась на разрывной машине : МУ-0.05-.1, самошшущш прибором велась непрерывная запись диаграммы "нагрузка-деформация". По найденным значениям усилия разры-; а вычислялось среднее значение для стеблей из тюка и кз "стога: >рт = 19,99 н/мм1; <3/з4Г = 35,49 п/ш1; среднее относительное удли-:.ение £т - 0,014; вСг = 0,023;'модуль упругости Е т я 14.27,85 к/мм? 2 сш - 1267 ,-5 'нУмы*

Напряжение среза определялось с помощью прибора конструкции .-.эфедры механизацш!'животноводства Ульяновского СХИ. На подвижной

Таблица 2

Механические свойства соломы различных культур

с т е-6 л и

1 1 из-тюка| из стог а

Показатели

I 1 1 1

пшешща| t гпеница рожь 1 ячмень | i овес люцерна

Влажность ,7. i 9,0 | 9,0 14,1 | 1 13,8 | 15 12

Усилие стати- 60-77 ! 115-128 78-196 | 34-51 [ 39-84 50-147

ческого раз- • 1

рыва, • 1 1

Временное '17,4- | 33,5 - - | 32-4Ц - 24,5-

сопротивление - 22,4 | -37,3 - 30

разрыву, к/мм 1 1

Удельное con-' 3600 | 5300 - 5978 1 6174 | 5586 11270

ротивАение ре- !- 8000 1

занию, н/м 1 1 ■

Удельная работа 3,6 i 6,9 3,7 | 3,8 | 3,7 ■б;б

резания КДж/м' 1 !

Коэффициент 1,73 1 0,473 0,462 | '0,473 | 0,42 -

трения покоя 1

Коэффициент 0,9 I О; 223 0,330 || 0,275 ¡ - -

трения при ! 1

движении по 1 1

стальной по- 1 „ „ _, j 1

верхности ..... „ . ! • • i i ■ I i i

раме прибора, перемепрщ.:йси в вертикальных направляющих, укреплен нож. Усилие в-момент разрезания пучка стеблей измеряется по торированкой цилиндрическ. й пружине. Среднее значение ?Срт -= 0,89 н/ш2. Его следуе считать условный, т.к! око зависит от предварительного уплотнен л пучгса.

По этим результатам н-. основании теории прочности Мора определялось временное- сопрот: вд^аио' при сжатии и угол внутренне-

- 32 - ~~

-'О рения SP . Оценка прочности по' этой теории производится пост-рос ием кривой, огибающей семейство кругов Мора. Полученная таким об; ,зом диаграмма' называется паспортом прочности и позволяет опре-

¡ть прочность материала для любого его состояния (для сойомы '•'v* 3 1,0 н/ммг; Тйр = 0,4 н/ммг ).

Исследовалось влияние влажности стеблей на их сопротивление '■'?ыву, а также скорость влатопоглощения. Выяснилось, что вла*-. гь стеблей в пределах 12...357. существенно на сопротивление ; .гриву не влияет.Максимальная влагопоглощаемость достигается че-- 10...20 с.

Характеристики б*^ АуЪ определялись зкрпершенталь-

также для початков и стеблей кукурузы. Зеличина-Д^измерялась в .исимости от угла наклона режущей, кромки лезвия к направлению '.ствующей'силы и угла установки ножа к направлению перерезаемых :::окон. При этом использовался переоборудованный маятниковый ко.,) EK1Í-5, зажимы которого приспособлены для двухопорного резания :' 1атков jri стеблей, а молот заменен спецкально изготовленной ре; дай частью с ножом, имеющим постоянный угол заточки лезвия (22°J Число испытаний принималось равным 70 для каждого случая, ско-;• -оть резания - 3,7 м/с.

Прочность стеблей кукурузы определялась также, как и для сомы. Для испытаний принималась средняя часть стебля и скорость . .яоосного растяжения образцов с заг-кмной длиной 100 ш - 1,7 мм/с : .ажность стеблей 79 X. Получены следующие средние значения:

=11,0 н/мм2 , Е '=£04.,4 н/мм1, для стеблей £с/>сг =0,81 кг/мм2, , :я початков Тер „ =0,22 н/мм1 . С _использованием теории прочности . jpa получено беж- 0,97 к/ш1 , ТС/Э =0,42 н/ш2 ,'угол внутрек-:.то трения = 58,5е.

Результаты исследования изменения удельной работы резания \ ¡а показывают, чт-о интенсивное снижение происхрдит при . .:ен£пении углов в пределах от 90° до 60°, что дало основание Убрать угол.наклона продольных ножей комбинированного измельчи-.■^ля. f * 30° (рис-.7).

Важное значение имеет способность кормов к влагопоглощенш, . иачиваемость .'при их обработке жидкими консервантами и различными . обавками, . например, при термохимической обработке. Нами доказа-, о, что .в .конструкции комбинированного измельчителя наиболее эф-■;эктивно_ распыление' жидкости достигается применением центробежной форсунки с.вихревой камерой. Поток распыленной жидкости состоит

- -..

120 ío O 2D0 .£40 Усилив разрыва. И "а/ Функция распределения усилий-разрыва стеблей

» . ; i.

'V •- .' * • \

. . стмю.-

.. ч • • .' / 1 • <f.- •

иГ—: Ч

ÍÍV-л*. ■

i

¿.-.т.-

. 50 . ГГХ(1. 40

б/ Зависимость удельной работы'резания початков и стебле кукурузы' от угла наклона ножа и режущей кромкл

Рис. 7. Механические свойства кормов

из.большого числа капель со средним диаметром - 5,7-10~... 4.9-10 м при диаметре-выходного отверстия 1...3 мм и изменении давления от 0,3 до 1 МПа.

Теплофизнческие свойства. Тепловая обработка кормов сопровождается значительными энергозатратами. Оптимизация работы оборудования прц этом сводится к обоснованию • количества тепла для нагревания корма до требуемой температуры и к- определении времени нагревания. Решение этой задачи осложняется отсутствием методов оценки теплофизичесгасс характеристик ( ТФХ) сырья и готового продукта -температуропроводности (ft), теплопроводности (А), теплоемкости (с). Стеблелистовое кормовое сырье представляет собой грубодис-персную массу, которую следует считать коллоидным капиллярно-пористым телом. Его геторогеннйя структура включает целлюлозную твердую фазу, адсорбционную и капиллярную влагу, воздух и водяног пар в порах. .Теплообмен в таких телах сопровождается массообмено!. и включает теплопроводность, конвекцию, процессы испарения и конденсации, лучистый теплообмен в порах и полостях. . По разработанной нами методике [58] ТФХ кормового сырья определяются при атмосферном давлении и изменении средней температуры от комнатноi до + 50...60°С.. При этом влагоперенос и испарение незначительны. Плотность образцов - • от насыпной до наибольшей для принятой конструкции прибора. Его рабочая зона представляет собой плоскую многослойную систему. Исследуется, образец ввиде диска, помещенной между двумя- эталонными пластинами из оргстекла с известными ТО; (рис.8). Диаметр образца принят/значительно больше толщины его, ; боковые поверхности теплоизолированы. Система помещается в воздушный термостат с температурой +80 С. С помощью трех термопар и; меряются температуры ' на наружной поверхности эталонной пластины в плоскости ее контакта с образцом, в среднем} сечении обрззца Термограммы записываются автоматическим потенциометром КСП-4. 05' работке подлежит зона квазистатичёского режима, когда изменена температуры в любой точке системы линейно:

Т- То * ьг.

Коэффициенты теплопроводности (Q/) и теплопроводности (-М образца определяются по формулам:

71 с [ж * со<рс + й)* (£)*&) + 2сд*й-/+ иг[\ =

дмируя это уравнение по всем точкам системы и проведя необходи-з1в- преобразования, получим уравнение его поступательного дзрэнкя

I + ' • ' I ■

десь радиус-вектор центра инерции системы в осях V}- относительная скорость центра ыасс системы;

относительное количество движения внутренних движущихся ' частиц системы;

Г - главный вектор внешних сил, приложенных к системе; -^-т/с/пг'сп' АШа-ц}) — реактивная сила,обусловленная \cptt ' сСЬ V

-'50 - •

абсолютным движением присоединяющихся и отделяющее я от системы •частиц. Для получения уравнения вращательного движения преобразованное ранее уравнение Мещерского умножит.: векторно слейа на и просуммируем по всем частицам: _ .

рс + 3°сй+од*3со « + ¿Ьхрс+У^)-

После подстановок и преобразований пелучга.; уравнение Ераз^тель кого движения в виде:

Здесь 0° - тензор системы в точке О;

- тензор, составляющие которого суть производные составляющих тензора инерции . и°р - главный момент внешних сил относительно опбрной точки О;

-Йя = - — главный момент

реактивных сил относительно той же точки. Полагаем, что т. О движется по горизонтальной прямой вдоль оси Ах, вращение питателя происходит вокруг осп С ^(см.рис. 16).

Для 'получения уравнения движения питателя спроецируем уравнение поступательного движения система кз ось X. а уравнение вращательного движения - на ось ^ :

• т + ^ ; •

_.и''?гр} сж<р.-Х.<сл&>)е>\ -т- / -Vн = /* И*;

ус;. I- ' Л » '-V — /X

У ^ + ^ ^ +Л- [/П (^¿Л 9>-

Для аналитического pei.. зния уравнения температуроводности применительно к определении ТИС кормового сырья ш рекомендуем метод . конечных разностей (МНР), фи котором обработка результатов измерений..может производиться учетом времени [593.

Для одномерного случаи уравнение теплопроводности имеет вид:

dt --дЧ -.If =с7

где "ZT. - время; О- - к ээффициект температуропроводности; . X - координата.

При двухслойной систем • приведенное уравнение теплопроводности позволяет'рзссчитать тс лературы как в одном, так к в другом теле для данного момента юемени. Для этого используется уравнение теплового баланса ' .

где Ц, - количество теплог.переданной от элемента ^ к элементу S ва времялТ;

Qi~ количество Termor:, отведенной от элемента 1 га время ¿Г. Приобразование уравнения илового баланса получены выражения- для •определения величин¿^.Ре:. кие тестовых примеров'позволяют рекомендовать ЫКР для практич1. кшс расчетов с использованием экспериментальных термограмм пр;. лэбом законе изменения температуры.

Так, для соломы с вла- . остью 70... 777. получено значение коэффициента температуропроводности Qf=$£5-iO~s Мг/о i = коэффициента теплопроводности - =. 0,175 Вт/м.к.

АНАЛИЗ ФАКТОРОВ Р,' ОЧЕГО ПРОЦЕССА ПРИ С0В12ЦЕЖК ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ. ОПЕРАЦИЙ К0Р1ЮПРЛГ0Т0ВЛЕНИЯ'

i

Принцип совмещения опер ций.Машины для обработки кормового сырья и приготовления кор ов относятся к наиболее многочисленным и разнообразный технически средствам, применяемым в современном животноводстве. Поэтому к: обходимо поаьшение их производительности при одновременном ск::*ении удельных энергозатрат [12, 13, 15, 433. Этого "можно до тичь пр1шенением многоцелевых органов, обеспечивающих, например, . змельчение кормового сырья, его тепловую или химическуп обрабо! у и транспортирование (выгрузку).

Назначение' и конструкция машин с комбинированными рабочга органами должны соответствовать функций П.Т.Л.. Это существен? сокращает время обработки и продолжительность -полного цикла кс моприготовления 11, 5, 8 , 9, 11, 27, 31, 33 , 49 , 53]. В качеств такой комбинированной машины (а.с. 1233751) может рассматриватьс шнековый питатель с резцами на витках и отверстиями в полом ваг для подачи химического раствора, горячей воды или пара (рис. 9) Режим работы комбинированной машины может быть пульсирующим ъ непрерывным, а его эффективность подтверждается позитивным иама нением коэффициента; пропускной способности

--7-1

1

где 1х, I раб - соответственно время выполнения вспомогательных основной операции.

Чем эффективнее совмещение операций,тем выше техническая эксплуатационная производительности П.Т.Л. ' При этом, технологи ческое оборудование является системой массового обслужизанк (С.Ы.О.),обеспечивающей обработку кормового сырья в заданное время. функционирование ее представляет собой случайный процесс < дискретным состоянием и непрерывным временем. Комбинированзя машина, выполняющая функций П. Т. Л. .представляет собой с блокированную систему (с жесткой связью элементов }. Сравнивая условия безотказной работы комбинированной кормоприготовктельной машины с комплексом однооперационных машин, оставляющих традиционную П.Т.Л., заметим, что сокращение количества маши увеличивает безотказность работы всей динииЕ28 , 29 , 30, 32 , 33].Этому требованию соотвествует предлагаемый шнековый питатель ( транспортер) с резцами на витках, . измельчающими кормовое сырье.Он мажет иметь вертикальную или горизонтальную ось вращения или располагаться под любым углом к горизонту.

Для математического описания целесообразно разделитель функции транспортирования и измельчения, рассматривая их независимо.

Процесс транспортирования кормовой массы. На элементарную пло шддку винтовой поверхности питателя действует система внешних сил (ряс. 10): масса частиц материала, сила сопротивления слоя деформации и перемещению (нормальное давление), сила трения материала

.'•"••■ ' - 39 -

о поверхность шнека с углом подъема' винтовой линии с£. Равнодействующую'внешних сил можно представить суммой горизонтальной "Рг • вертикальной Ре , касательной Р«, радиальной Р? , осевой Я> и • нормальной Рн составляющих с•• касательной силой трения .

1 - корпус; 2, - приемная камера; 3- выгрузная камера; 4 - от-зерстие для слива химичеа ого раствора или воды; о - полый вал шнека; 6 - отверстия в валу; 7 - витки шнека; 8 - резцы, закрепленные н; витках; 9 - электродвигатель привода; 10 - цепная передача на вг л питателя измельчителя.

-АО-

Обозначив, дробный сомножшель в перБом слагаемом ]п, ■ получим

& & ' Зб \

• рокр »^Мъ^^ипр

'Такова величина окружного усилия;, которое необходимо для определения мощности, затрачивав мой на получение с; зга.

Рассматривая траектор;и резца (т.и.), установленного на внтю питателя,• относительно разрушаемого им моноллга кормового сьфья легко убедиться, что это' удлиненная циклоида с радиусом производящего круга — Здесь 1/0- акру?:;:*:н скорость питател;

Ук - скорость перемещения частицы корма.

Производительность- и энергетические пара;.-зтри рабочего орган: зависят от размеров слоя, срезаемого шнековым питателем с резцам! на витках (рис. 12).

Для определения площадл разрушаемого слоя воспользуемся- формулой интеграла по аамкнутиму контуру АГЕСА: '

Бел в М$хс%~1/с/х. ;

После преобразований и подстановок получи.::

Б сл = Гг

ЩЬ СО* СС' >У<) с« %

Ул '

тде\= -ут- , а значения У^ , Щ является соответственно корняьш

уравнений 1

Анализируя рабрчий процесс разрыхления и транспортпровакия кормов комбинированным питателем, 'получено- тлткмальнсе соотношение поступательной Уп и о,.ружной 1/0 скоростей

' Фг-с1гГ Ж(&-с12) . ь -----——¿-агсз1/?- ь

Л* -

, --77—-ись спи-

4 -4-5

Н

згй. , &кр

•2 • б1По1- соз

Ро

Здесь Кр =-~- - коэффициент разрыхления материала,-Г

Vn

Эти силы связаны зависимостями:

P¿ -J>p ees O

p ~p sin О -Я eoso= A. ^ á s/n G

Ph =Po C0s<=<+Jbs¿nc¿.

где Q - угод контакта, А А" Углы внешнего и внутреннего, трен:«.

. .Очевидно, .uto .для определс-ния всех сил достаточно знать лишь две из них, например, Рк, Рг. Эти величины могут быть определены экспериментально в аависшост;: от свойств материала и конструктивно-кинематических параметре;-. питателя.

Рассмотрим силы, действуап;: е на виток при отделении от массива среза сечением а* в ( рис.Г.). Представь окружное усилие, которое при этом необходима прилетать Рокр„ , сушой окружного усилия n¡i>H 'отделении слоя боковой (передней) поверхностьп винтовой спирали Р окр и усилия от вдавливания наружной поверхности бинтовой спирали в слой материала Р окр j. . Тогда

-и* ....... л • Si \

« Sind'Sinb Д-sin<a J

-~4 2 -.

где "£0 - удельное сопротивление сдвигу; •

~ талщка спирали витка; . Кц. - удельное сопротивление вдавливанию; <?С' - кинематический. задний угол;

\

. Р°.Р - объемная масоа корма до.и после разрыхления; В, Н - ширина и высота захвата рабочего органа.

■ Нарушение предложенного соотношения ЭДиИ>пр:гводит к переполнения питателя материалом .при резком зсг-зстзник потребляемой ноское?:;. Максимальная пропуски .ид способность достигается при условии

т.е. угол наклона витков, соответствующий этому условию, должен быть сС В 45-//2. .

Так, если для солош ß= 55е, то of - 17,5°, а отношение SAO^ü 1. Этими рекомендациями следует руководствоваться при конструировании шнекозых питателей с -оптимальным соотношением параметров.

Энергия," эатрачии аешл на; привод питателя Nzn, расходуется нз разрыхление'материала Нор, транспортирование его вдоль оси шнека Нт и разгрузку шнеков ого рабочего .органа UP . Учитывав это, получен баланс мощности вводе/уравнения

' m - Рй<р° ^ ( ^ ' г УпВНрУо2

{OZ <OZ Sin*- CoS(ot-i-Ä) 2-t02$-

эдесь Кп - коэффициент, учитывающий измельчение и перемешиЕзш« транспортирования- |латериала; Da. - абсолютная скорость отбрасывания частиц материала вн товой' спиралью шнека. . Использование этой зависимости для практических расчетов экспериментальные исследованг^г позволили устанозить сооткошени между элементами затрат. Так,при обработке соло мы из токоз с ксхо ной влажностью 28 7. затраты мощности на ее разрыхление и доигмел кение составляют 0,£J суммарных затрат,т.е. №з~1,02 Но. Для Mai риалов с другими кеханическим свойствами значение коэффициент может быть иным,- но общая закономерность сохраняется. Следовательно, совершенство рабочего органа, о котором можно судить г энергоемкости процесса, сависит в оснозном от эффективности ра; рыхления и доиэмелачения, которое происходит не только m действием резцов на ' витках, но и кромкой винтовой спира (рис.13). Нами рекомендуется ее заточка под утлом ос'-

Причем,максимальное значение кинематического угла ксжег был определено из условия "

ЬцЛ-ь шах ——===г:

.... . . . .УФ^йГ.

Таким образом,' аналитический метод исследования в сочетании экспериментальный« данными позволяет обосновать 'кинематически параметры "комбинированного пит'ателяг измельчите ля. В общей случ; имеет место-его вращение в среде; сопротивляющейся измельчения транспортированию (рис.14 ). Сопротивление создается касательш силами, действующими на внешней поверхности шнека с материалом : межвитковом пространстве.. Выбрав две секущих плоскости, отсгоящ друг от'друга на малую величину дб , вырежем мл; ортогонально ! оси вращения диск (рис. 15'). На его элементарной боковой пове; ности ds . с1б действует элементарная касательная сила

Р = йэ .с1б .Т, ' ' [ где йв - элемент дуги контура

Т7-. касательное напряжение на поверхности рассматриваемого витка.•

Момент элементарной силы-относительно оси вращения диска

11сопр г дз-ЫЬ-г-Т-съ^, где $ угол между касательной к и перпендикуляром к радиусу Ъ . | После преобразований этого уравнения получим и сопр '« 2 ( 21 йУ )Т-2УТ , т.е. момент сопротивления вращению питателя, равен удвоенному пр изведениа объема питателя с материалом в ифзптковом прос!ракет на касательное напряжение, распределенное по его поверхност Имеем частный случай теоремы Остроградского - Гаусса, когда п верхностнын интеграл функции выражзется через объемный. Предпол гая, что напряжение на контуре равно предельному напряжению сдв га ^ пред, мощность привода N = 2 УЪпреЭ -<Х>

где - .угловая скорость, зависящая от свойств и сопротквлен кормового сырья.

1

/к

Рис. ¿5. К определению угла заточки спирали.

•Рис.' ¿4.

Транспортируй^"^

фреза.

Рис. {5. К определению момента сопротивления врицению фрезы.

Уравнение движения питателя .Для- исследования динамики ¿некого питателя представим его вместе с находящимися е кежвитково!, .•остранстве- частицами корма в виде тела переменкой маса ,10,14]. Переменность массы будет пониматься не в смысле ei -зникноЕения или исчезновения, а в смысле присоединения, отделе-л или совместного просоединения и отделения частиц. Тогда вра-ящийся в любой плоскости питатель Еместе с находящаяся на нем i ..чный момент времени Ь частицами представляет собой тело перем' ■й массы,' состоящее.из отдельных точек с массой^г=%(Удвиженге ■ \ждой иа которых описывается уравнением Мещерского:

.,есь Fc - равнодействующая всех внесших и внутренних сил,

приложенных к данной ¡часицы;

V[ - абсолютная скорость частицы ш в момент Бремени t;

й-i - скорость частицы dm';;, присоединившейся к частице

за гремя dt до ее присоединения; г, г 2

¡"1 - скорость частицы dm: , отделившейся от точки за время dt, в момент времени t + dt после ее отделения.

В качестве контрольной 'поверхности принимаем цилиндр радиуса -.вного наружному радиусу шнека щ высотой, равной его высоте.

Масса рассматриваемой системы:

m(t) = ш„ + m^(t) - m2,(t); dm.« dm* - dm^ , где m0 - масса неизменней части транспортера; . (t),m2 (t) - .соответственно массы присоединившихся и отделив шихся частиц в'момент времени t.

Пусть Axyz--: неподвижная система координат; подвижная

:стема отсчета, кестот связанная с кекзменпекс-й "-'.гсть:о тр-.гтор .■ра - питателя (рис. 16).

>личина СО представляет собой мгновенную угловую скорость враще ля осей относительно осей Axyz. ПустьД,^, и йк' - соотве

¡.-венка радиус-вектор, относительные скорость и ускоренна точки .зязанных осахО^^ ■ ¿£к - абсолютные скорость к ускорение г аса 0. Тогда уравнению Мещерского можно придать следующий вид:

Рис. 8; Схема измерения те; :ерат.ур и характер получаемых . • термограмм

6 - скорость изменения температуры;

¿То - разность температур поверхности и середины образца; с2, Р1 - теплоемкость и плотность материала эталонных плас-• , тин; •

Дг _ толщина и теплопроводность эталона. ' При регулярной режиме температура изменяется по экспоненциальному закону, т.е. термограммы представляют софой экспоненциальные кривые. При нелинейном , ко плавном изменении температур! применяют зольный метод: эспериментальная термогрймма разбиваете! на отдельные прямолинейные участки и к ним применяют формулы ква-эистатичоского теплового режима.

В наших исследованиях ошибка от линеаризации термограмм т превышает 2 Т.. Погрешность измерений и обработки результатов, по лученных с приыенейием описанного метода, находится в пределах 77.

Определены ТФХ для. кукурузного силоса влажностью 82 X и куку руэного листа влажностью 78,3 7. при изменяемой плотности образцз (табл.3).

Таблица 3

Результаты экспериментальных исследований ТФХ

Материал Плотность Теплопровод- Температуровод-

кг/м3 ность, Вт/мк ность • 103 , мг/с

Силос 800 0,44 14,08

700 ■ 0,40 15,00

600 0,35 16,26

500 0,30 16,54

400 0,27 17,43

Кукуруз то Г 30,7 0,17 9,23

лист '; 268 0,12 10,59

215 о,.1з 13,00

"Здесь > г координаты центрз масс в связанных осях;

q. , q^. - проекции' главного вектора количества относительного движения q на связанные оси; ~ момент инерции питателя вместе с находящимися hs нем частицами корма относительно оси

(do, 1 fdR \ ? ?

UttJx '' fez/? ; ^f : М* — соответствуй

ющие проекции'векторов нз оси X;;

кгZ/>ix — относительный кинетический момент вкутрешп:

движущихся частиц системы;

Решения полученной системы уравнений возможно численными методами с учетом изменения во времени массы корма в межвкткозо»; пространстве.питателя, его момента инерции,, а такхе колкчествг движения и реактивных сил. •

Рабочая поверхность питателя представляет собой геликоид с внутренним 2а и внешним R редисами. Наилучшими условиями транспортирования ялоттся такие, когда частица мзтеризла, находящаяся на расстоянии г от оси вращения, не будет перемеситься ни к кромке витка, ни к'оси вращения, а движется лига з осевом направлении. Это возможно при равенстве центробежной к коркслисовых с;*-7 инерции частицы • • -

~гфУссв<*. =

где-?/"- относительная скорость частицы, d - угол подъема винтовой линии. •

Следовательно распределение скорости частиц по поверхность витка j. . Фг

- • 2 oosoi

Скорость изменения массы ¿/^ J^-Sif^2-?*) .

~dF=Ki 4 cos* где K-f , Sj- соответственно число заходов винтовой линии и толщины слоя материала на витках; JD~~ плотность разрыхленного материала.

Отсюда при (Р=<~Р может быть определена и масса материала т, находящегося•в данный момент времени в межзитковом простракетнг, что необходимо для использования полученных уравнений движения питателя.

- sz -

■ Вероятностная оценка качества измельчения. Основной характеристикой качества измельчения объективно служит фактическая длинг резки. ^ф. У современных измельчителей она во много раз превышав расчетную для значительного числа частиц и находится в зависимости от ориентации подлежащих измельчении стеблей относительнс положения режущего лезвия. Это положение определяется величино;' угла сСл между положением стебля и направлением подачи. В общем

случае " п _ £_

' • CQSoín. '

где S - величина подачи на'один рез.

Функции распределения частиц по фракциям при одноплоскостно!, поперечном и многоплоскостном продольно-поперечном резании стеблей исходной длины L =0,30 м «'величине подачи S = 0,01 м; S = 0,02 м, построенные по расчетным-данным, -представлены на рис.17. В единичном объеме кормового монолига V¿ имеется определенное чис'ло tl¿ частиц длиной £¿ . Jíx положение определяется случайна, величинами - расстоянием xt- - от середины частицы до позерхност: резания ц углом , образованны;.! осью .частицы с вектором движения слоя. Равномерность резки определяется размерами частиц зг время Д t: •

L=V/7.4t.

Частицы кормовой массы, подлежащие измельчению, могут испытывать на себе воздействие двух или нескольких соседних резцов. Этс зависит от .начальной длины частиц и расстояния между резцами.

Математическое ожидан^р.-попадания частиц под соседний резец;'

Уеп-Пс ■

/ ^mirt • /

где У. - математическое ожидание проекции частицы, попадающей

Л

под следующий рез;

Не. - математическое ожидание числа частиц i - ой фракции, пересекаемых соседними плоскостями резаккк.

Так можно представить процесс образования среза на основе вероятностного -представления о длине резки. Это подтверждается анализом работу измельчителей продольно-поперечного резания (рис.18;

и послужило основанием к разработке конструкции Енекозсго пктг тсля-кЗм5льчктелл, обеспечивающего мкогоплоскостноэ регзяие ( см.

• - 53 -

. 9). При этом выявлены оптимальные по удельным энергозатратам сношения конструктивно-технологических параметров при наилуч-качестве измельчения. Оптимум достигается при 19 резцах, од-эеменно участвующих в измельчении, расположенных на дигметре#= мм с подачей на один резец Б я 0,02 м. При этом имеет место эе или наклонное резание и сопутствующее этому расщепление Злей, обеспечивается выполнение зоотехнических требований по комерности длины' ре'зки С 19, 20, 21, 22, 23]. Взаимодействие режущих 'элементов с измельчаемым материалом._ четом целесообразности продольно-поперечного резания нами раз-отана конструкция многоплоскостного рабочего органа ДЕухротор-

0 измельчителя (а.с. 1604241). Режущие элементы размещены на у ротора на двухзаходной винтовой поверхности с равномерно растающим шагом, к закреплены тзрнирко(рпс.20}. При работе е ановившемся . режиме ' ротор с шарнирно закрепленными кожами дставляет собой жесткую динамическую систем. Режущий элемент .■ет продольные ножи,на которых с помощью осей и зажимных вин-

1 установлен П-обраэные попе речи::? ножи с регул/груемым е пре-сах о... 56°углом-внедрения в'материал. Угол наклона лезвия га-:ит от изменения утла подъема винтовой линии к кинематического >аметра движения измельчаемых частиц. Нами установлено, что уве-гение толщины лезвия до 5 мм приводит к увеличению удельной ра-гы резания. При большей толщине но:?;а этого-не наблюдается.

Сила ударного воздействия Ру прспари,:<оу.глъ:->.?. окр^ной скорос-режущего элемента № :

Ру Сй1Л

Условие ударного разрушения по теории Гриффитса

э ^ р - напряжение разрушения;

. £ ш - длина опасной трещины;

Ту - ударная свободная поверхностная энергия;

Е - модуль упругости.

ру - = ?с-ри-ай-У0. Удар стебля -.режущим элементом неупругий и бся кинетическая ергия расходуется на деформацию и разрушение.стебля. Работа измельчения при свободном ударе

0Л

оЛ

• I 0.6

Л ! * '

7- ! !

/ •

• ¿¿а,

1

а) "при одноплоскостном поперечном' резании

«до*

.¿'йЫм. • • -V

.0

-¿152?'

.• I

б), при многоплоскостном продоль но-поперечном резании

Рис. 17. Распределение частиц измельченной массы по длине резки

I

■

ш^- масса материала, приходящаяся на режущий элемент пр максимальной пропускной способности;

•'/> - плотность - материала;, и и - степень измельчения.

Измельчаемый кормовой материал перемещается из аокы ударна действия ( га счет равномерно возрастающего шага винтовой позер кости с увеличивающейся скоростью движения) вдоль оси ротора', м няется угол установки режущего элемента и стебли ориентируют вдоль ротора.' Напряжения в стебле распространяются в виде вол деформации, исходящей из точки контакта. Это облегчает разрушен в зоне поперечного резания из-за сохранения трещин в стеблях. П

1 ^^

ь

I \

¿л

ЛГ

Рис.18. Комбинированный рабочий орган измельчителя продольно-поперечного резания

1-вад; ?-- .опорный диск;

3-сьемкая лопэстп; 4- код

поперечного резания; 5- нож продольного резания; 8- косынка; 7- кронштейн; 8- болт; 9,10,11,12,13- стебли,подлежащие измельчения.

5 £ / т\ '4\ *

• Ч'

ш я

1

£ Г

Рис,Многоплоскос.тнои рабочий орган продольно-поперечного резания 1 - вал ротора;. 2 '-"Кионштсйны; 3- втулка; 4 - бол г/ .' 5 - продольным нож; 6 - поперечный но;к; 7- ось

- рабочие органы измельчителя;

- приемный бункер

- зона загрузки рабочего органа; 4-выгр.узной люк;

- кожух двуэсвального измельчителя;' -. рама измельчителя;

-¡эл.двигатели привода ( » = 22 кВт, п = 1450 об/мин.); -Чвыгрузной -битер;. •

- выгрузной транспортер

- 5а -

этом уменьшаются затраты энергии на измельчение, происходит попе речное реэание со скольжением.

Итак, "на энергозатраты при измельчении кормового сырья влияг следующее факторы:

- конструктивные (тип рабочего органа, геометрия и вылет режущ?' элементов, размеры приемной горловины, диаметр ротора, количестг ножей на нем, при наличии винтовой поверхности - угол подъем витка);

-технологические и кинематические С степень измельчения, скорос" резания, скорость подачи, величина псдо-г-:. угол заточки, угс ?"?дрения, угол наклона ножей,' угол установки режущего элемент; •толщина ножа и лезвия);

- физико-механические свойства кормоЕого сырья ( Елажнсстъ, г.ре, варительное уплотнение, разрушающее контактное напряжение, меду, упругости, коэффициенты трения, объемная масса).

ПРИМЕНЕНИЕ ВИБРАЦИИ ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ИЗМЕЛЬЧЕ.ЧЛЯ

Особенности кинематики рабочего органа. Одшс.: из дополните,-, ных способов воздействия на измельчаемую кормоЕую массу :: сс:-:р щения при этом энергетических затрат может быть вибрация рза-'/и: ющего элемента при его контакте с материалом [ 54 ]. Налево-; вибраций заменяет непрерывное взаимодействие рзбочих измельчав:: поверхностей с обрабатываемой масс с;"; прерывистым.' При этом цо," направленные вибрации облегчают пластическое деформирование, с; жают затраты на трение и сопротивление резанию. Анализ процос такого резания показывает, что срез образуется ("при мекъсих сь ростях и значениях- утла резания без изменения фиг те с ко;": карт: срезообразования. Неравномерность движения режущих лезвий вс растает с увеличением отношения *£с / <3*с>< и толщины срезы.

Рассмотрим кинематику шнекового рабочего органа с резцами витках, на который накладывается колебательное движение (см рис.16). Координаты точки на периферии витка шнека

2 а (Х-COSCÓ t

х = a-sincJt + 6 sin (Л t + • y = Vo

где Q. - расстояние от рассматриваемой точки до оси Ерзщения шнека;

у0 - положение точки от оси врзщения; й) - угловая скорость шнека; ^ - частота.-колебания шнека вдоль оси х; Ь - амплитуда этих колебании; ф - начальная фаза колебании шнека. В системе координат , связанной с частицей кормовой мас-

сы имеем

Y-z cc&co'i + xslncü't

^.zz-zsina)'í+ xcosió'í . •

y = Ух гъ ¿

/ -

Эти уравнеш« определяют закон колебательного движения точки шнека относительно частицы корма. Если в рассматриваемой точке на поверхности витка закреплен резец, то это - -уравнение его движения. Причем,а)'- угловая скорось массы кормз, отличающаяся от угловой скорости шнека из-за проскальзовання и отставания - c0'<cú ; После _ подстановок и _тригонометр1тчески:-: преобразований получим

^aoos(aj-cü')t + fcos[ft-cú)í+tf-eo¿[(tt+co')¿+cl>jJ

i/.-Vec-é

Из последних выражений видно, что положение резца по отношэ-.нка к кормовой массе определяется суперпозицией трех гармонических колебаний с частотами:

(w-cJú!)y(9.-to,)y (Я+м). __

Расстояние от оси шнека О =1/У2 + é=2 .

Путем подстановки в подкоренное выражение значении <Г, ¿= из предыдущих уравнений и вычислений может быть получено У .

Если &«<2, и Я«СО то, раскладывая подкоренное выражение в ряд Тейлора, получим с точностью до первого порядка малости, ч

incut-Ип(&ь+Ф),

При условии, что (р - 0, имеем окончательно J)tsCl+ ¿> iincot i-in^t.

Итак, режущие элементы рабочего органа участвуют в сл^жнои дзижений:' вращаются вокруг оси барабана со скоростью Vo-тЩ ■движутся относительно слоя корма со скоростью Уп, одновремэж м гняя свое положение со скоростью A cOi cosaJjt. Здесь A, tdj. - амплитуда и круговая частота колебаний измельч; п.эго барабана;

■ Oi-2 ^V , если V- частота колебаний измельчающего барабан;

При отсутствии вибраций ножи барабана совершают работу рез; ¡.ля, не препятствуя поступлению массы на измельчение. При вибр] дующем барабане соотношение относительной и переносной скорост( г ырааится зивисимостью ^

■ Vh+AaiftoiCOtt- ' учитывающей частоту колебаний измельчающего бзрабана Vчерез кр:

i-овую частоту колебаний ^i. Необходимо еыяеить и обеспечить усл^

■тие беспрепятственной подачи материала под вибрирующий измэльча

еда барабан.

Скорость резания и параметры вибрации. При изменении окружн корости рабочего органа, а также скорости подачи и вибрации и меняется и скорость резания, влияя на энергозатраты. Анализир рис. 21, замети}.!, что"вектор результирующий скорости лезвия Iff зависимости от его положения изменяет величину и направление.

А его горизонтальная пр'юкция

?/отт - Vp< cos = сояф.

■Эта составляющая скорости препятствует .поступлению массы з бар оан и резанию. В т. kt противодействие лезвия отсутствует к пс хяется затягивание стеблей под нож. При колебаниях барабана в г .жэонталькой'плоскости такиш свойствам;! обладает т. Аз . для кс оой при любых" значениях соблюдается условие Уотт^О. Велич! ¡оавьшения оси ."барабана над противоречащей йластиной при толх олоя h определится из выражения

• . ' • - 63 -'

Вибрация рабочего органа возможна при -услозии Fo'a Fp" + Ft + Fy + Fií, если Fp" a Fp eosФ- горизонтальная составляющая силы резания; Ft = f(Fp - Fh - 6) - сила трения скольжения; Fy - сила упругости пружины; Ри - сила инерции;

Fp - Fp sin Ч> - вертикальная составляющая силы резания; Fh - сила натяжения приводного, ремня;-G - масса колебательной системы; f - коэффициент трения скольжения.

Электромагнитный, вибратор, примененный нами в конструкции измельчителя, практически не ¡шеег переходных режимов и легко входит в резонансный режим.

Геометрия режущего лезвия/ Из геометрических параметров режущей пары особое значение имеет угол скольжения ножей ^н (рис.23). В т.Ао и т. Аз угол скольжения

%ц - У !

^ , отсюда

Здесь Ун - .угол установки нагл, т.е. угол между лезвием и линией подвижного радиуса; ' !

- угол наклона лезвия к направлению его окружной скорости.

= ТГ-^-^пя^Гн-^Нтсы; ¿2' i

-Л^УР + ^ах (при2Ай, д.«* ).

Следовательно, -особенностью кинематики вибрирующего рабочего органа является изменение положения лезвия и угла скольжения.

Величину кинематически трансформированного углз заточки можно определить из выражения ^ ^^ fy^a«^

где угод заточки лезвия, равный 12...22е для соломосилосо-

резок. .

Экспериментально установлено, что уменьшение значения А приводит к снижению удельной рзботы резания.» Важное значение имеет величина подачи на один раз. Ее, как показывает анализ представ-

■ - бе-

ленных выше уравнении, . следует регулировать, изменяя количестве

ножей продольного резания. . ;

{

» I

Энергетическая оценка комбинированного измельчителя. Для выявления энергетических характеристик исследовался ксм2пни-рованный измельчитель (а.с. 15054613), предлаженкый нам:-; для линии приготовления зерно-стержневой смеси из кукурузы (рис. 24). ] сочетаний с питателем-загрузчиком ШМ-1/5 это позволило обойтм минимальным количеством единиц оборудования, а также снизить приведенные затраты при объеме заготовок в 2000 т до значения 1,0! руб/т против 2,1 'руб/т у линии, предлагаемой ЕШПГИМЗСХ к 2,5' руб/т предусмотренной Системой машин линии ЛИК-Ф-20.

Комбинированный измельчитель в кзчестве основного органа имеет'барабан-продольно-поперечного резания и устройство для подач консервантов с" цельп'-химической обработки кормовой массы, Бараба ну' сообщаются колебания' в-горизонтальной плоскости перпендикуляр но к оси вращения. Распылитель представляет собой цэн-гроСежну

утеку с вихревой камерой.

Предложенная конструкция обеспечивает высокую 'пропускную обность при небольшой мощности привода я малых габаритах, из-чение корма а соответствии с зоотехническими'требованиями при мальном выделении сока и пыли, возможность совмещения механики и химической обработок корма С40, 41, 47 , 433. Расходуемая"'измельчителем мощность складывается из затрат на шие Np, транспортирование измельченной массы Мтр, мощности хзтого хода N«, мощности на привод насоса для подачи раствора и мощности на привод вибраторз Nb

N =. Np + Ятр + Nxx + Nnp + Nb. аость резания определяется по формуле акад.В.П. Горячкина

Нр я pFzn,

учетом мощности на резание поперечными Мр„ и продольными ножами

Нр = Np'n + Upnp а n ( p^FnZn + p'^FnpZnp)

сь пв - частота вращения измельчающего барабана, с"^ ; Рп,Рпр - удельное.сопротивление резанию поперечники к про-

• дольными ^ножами, н/м; iFnp - площадь поверхности резз поперечными к продельными ножами, м ;

i,Zпр - количество поперечных и продольных ножей на рабочем органе. .

Fn А ВНсл; Fnp « Нел - Sz • Znp - Zс ц/^н, В - длина барабана, м; Нел - толщина слоя стеблей, м; Sz - подача на один рез, м;

Zс - число секции продольных ножей нз рабочем органе; Lн - расстояние между продольными ножами, м. Нами получено, что удельное сопротивление зеленых кормов при

мельчении их серийными аппаратами с лезвийными проткнорезами *

ютавляет (4...8). 10 Н/м, а при резании аппаратами еегыент->-дискового типа с инерционным подпором - (1...2) .105Н/м.

Мощность для привода насоса УН-41000 принята по его характе-ютшее - Nnp =» 3,68 кВт.

РИС 94 Технологическая схема комбинировано^ измельчите,.

1-рама;2-подаювдш транспортер;3-насос; 4-регулятор ления с предохранительным клапзном;5, Ю-электроду

? тели;6-подпрессовывающий транспортер;7-измельчают

барабан;8-швырялка;9-распыливзгкцие устройства.

Мощность холостого хода определялась непосредственными

Готоь на привод швьфково-пневматического транспортер оп ределена по его удельной энергоемкости, составляющей 0,37... кВт, И пропускной способности измельчителя 15 -г/ч.

Мощность, • расходуемая на транспортирование барабаном зависит от его конструкции к принята (0(1...0,гь; Среднее значение мощности на питание вибратора

• 'S '

• ' - № -

. . NBt'e 0,25'Fo A{CÜi.

В результате . сравнения доказано, что придание колебаний рзбо-ёму органу позволяет сократить энергозатраты до 0,14 кВт ч/т ротив 0,192 кВт ч/т у измельчителя-без -вибрации барабана.

При этом за счет одновременной химической обработки корма пи-ательность 1 кг сухого вещества повышается.

В to же время удельные Энергозатраты у серийного измельчителя РЫ-50 составляют 0,25 кВт ч/т, что в 1,8 раза превышает этот по-азатель при виброрезании.

Оптимизация режимов работы измельчителя при виброрезании. процессе поисковьпс опытов было выявлено отсутствие положительно эффекта' при-вибрации измельчающего .барабанз в вертикальной носкости, резкое возрастание энергоемкости при амплитуде колеба-т т более 30 ыкм'и небольшое снижение энергоемкости.при'однопери-щои пульсирующем токе. Поэтому выбрано горизонтальное нзправле-ie колебаний с питанием вибратора переменным током 50 Гц. Экспе-шентальнкм путем с обработкой результатов на ЭВМ СЦ-4 было порчено уравнение регрессии для определения удельных энергозатрат >и колебании основного рабочего органа в горизонтальной плоск'о-?и в- нзтуральных значениях факторов

Зуд.« 2,905 - 0,318 Vp + 27,525 Vn - 0,115А + 0,191^%.-- 0,001 Vp А + 0,003 Vp - 124,511' ^п + 0,004 А2, ;е Vp и имеют размерность ¡.¡/с, а А - мкм:

•я режимов., при которых выполняется необходимые, условия экстрема целевой функции, получено Зуд - 0,577 кВт.ч|т . Причем, ибольшее влияние -на параметр оптимизации оказывает скорость рения, а наименьшее' - амплитуда .колебаний измельчающего барабзна. зультаты подтверждены критерием Фишера при уровне значимости 5Х.

Качество измельчения початков кукурузы и соломы оценивается ми путем сравнения-его показателя для различных измельчающих шин (рис. 25, 26).

Как показало сравнение по параметру оптимизации, удельные траты энергии ка единицу массы корма, измельченного'с требуемым чеством, у виброиамедьчителя намного "меньше, чем у серийно вы-гкаемых машин. Более интенсивно снижение удельной работы резз-я при изменении угла наклона режущзй кромки от 90е до 60° . этому из .технологических соображений целесообразно в качестве кей продольного резания использовать сегменты жатвенных маял« с ном наклона режущей кромки к направлению действующей силы 61° .

- еа -

си 6< О .

Ч'

05

сг

"XI А / А : • - •

А /С у А У 1 ... ■

< / йР .■ -

\ * / . ' у , / / У<

1 '^3

Размер частиц измельченной массы, мм

Рис. 25. Вариационные кривые распределения размеров частиц измельченных початков кукурузы и область зоотехнических требований ! 1 - ИРМ-50; 2 - комбинированный измельчитель; ! 3 - измельчитель с вибрирующим рабочих органом

Оправдано такие и создание устройств, ориентирующих початки I стебли параллельно .направления подачи, что способствует как снижению энергоемкости измельчения,, так и получению более однородно!' резки.Путем преобразования приведенного выше уравнения регрессю для ' определения удельных энергозатрат Эуд в каноническую фарад методом переноса начала координат в точку оптимума и решения - соответствующего характеристического уравнения, получена поверхность отклика, .представляющая собой однополостной гиперболоид. При этом факторы имеют следующее значения: скорость резания -19,4 м/с; скорость подачи материала - 0,125 м/с; амплитуда коле-■ банки основного рабочего органа - 0,0168 м. Влияние скорости ре-

120 КО 200 Длина частиц, мм

Рис. 26. Вариационные кривые распределения чзет;;ц

измельченной соломы по длине резки и область зоотехнических требований:

'1 - ЙГК-ЗОБ; 2- ИРТ-165; 3 - ко:.:б;;н;;ройзнкь;:': измельчитель; 4 - измельчитель с зибрирующим рабочим-органом; 5 - двухзальный измельчитель.

лия и скорости подачи материала нз удельную энергоемкость нзу-аось по двумерному сечению поверхности отклика. Ее значение в игре этой поверхности 0,592 кВт-ч/т. Минимальное значение Эуд = ,552 кВт- ч/т достигается при скорости резания 19,25 м/с, скости подачи материала 0,14 м/с и амплитуде хол=*гпУй 0.0158 и актическал .проверка правильности проведенного анализа покззала, о среднее значение удельной энергоемкости по серии из трех опы-в Зуд 9 0,55 кВт ч/т-. Это вполне согласуется с расчетным.

- -7Q -

НКОНОШЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ-И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Сравнение различных ПТЛ обработки грубых кормов с учетом г комендаций Е.И. Резника по величине приведенных затрат показы! ет, что из наиболее распространенных вариантов ( рис. 27) caí эффективной является схема, включающая погрузчик-измельчит* ПС-5 и прицеп 2 ПТС-4-887А. Эффект достигается за счет исключе1 излишних перевалочных и погрузочных операций. При этом привед< ные затраты на 30 X ниже, чем в варианте с поточной линией ЛИС-По данным ЦелинНИШЭСХ оборудование погрузчика ПС-5 устройст: для внесения в солому щелочного, раствора повышает ее питате. ность в 1,5...2 раза без увеличения себестоимости корма. Это т. же подтверждает целесообразность совмещения технологических о раций обработки корма.

Испытания. шнекового питателя-измельчителя (рис. 27е ) при реработке тюков пшеничной и ячменной соломы покззали, что она жет составлять 62 7. питательности рациона КРС на откорме. При мене 53 7. силоса и 9,8 7. концентратов этой соломой прирост жи массы повышается на 12,3 X при сокращении затрат кормов на 7,6 Производительность ШЛИ составила 5 т/ч , удельный расход энер 1,52 кВт.ч/т, питательность соломы - 0,5 к.ед. в 1 кг корма, обеспечивает измельчение тюков соломы влажностью до 35 У. ■ при держании в измельченной массе 80...92 7. частиц длиной до 100 и расщеплением вдоль волокон более 90 7. частиц и влажностью з з'/мътате термохимической обработки 65...70 При этом значите но сокращается удельный расход энергии в расчете на единицу мг готового корма, прошедшего одновременно к термохимическую oí ботку. Сравнение ШЛИ с серийно выпускаемыми машинами представ; в табл. 4.

"дельная энергоемкость комбинированного измельчителя е зи£ рующим барабаном продольно-поперечного резания (рис. 27а ) с тавллет 0,552 кВт.ч/т при скорости реезния 19,Е5 м/с, скор« подачи материала 0,14 м/с, амплитуде колебаний 0,017 мм. При ¡ параметр оптимизации при измельчении початков кукурузы 0; кВт.ч/т, чт<? 2,15 раза меньше, чем при отсутствии вибрации р< чего органа.

• Двухзальный измельчитель кормов ( рис. 27ж ) в сравнен!

. 27. Варианты П.Т.Л. для приготовления грубых кормой.

измельчителем ИГК-30Б;...б - (¡..измельчителем . ЛИК-100; з-с измельчителем ИРТ-165: г- с измельчителем ИСК-3; 9-е погрузчиком .ПС-А; с-шнековым •• питателем - измельчителе".; к- с'дзухвальным измельчителем; з- с комбинированным измельчителем вибрационного дейстеия.

Таблица 4

•Характеристик измельчителей грубых кормов

• Марка машины •■ Удельный расход энергии, кВт.ч/т Средняя длина резки, мм Степень .измельче-, ния I ■ Удельный расход энергии на измельчение, к'Вт.ч Коэффициент вариации, X Показатели качества Паре оптюл кВт.

по фракционному по расщепленности

Волгарь-5 27,5 11,2 23,5 24,2 69 0,037 0,92 807,

FCC - 6 В 8,7 42,4 6,2 33,7 _ 96 0,096 0,30 302,

ИГК- 30 Б 10,1 37,0 7,1 27,5 78 0,160 0,90 70,

дат - 165 ' 6,3 52,0 5,1 26,2 : 74 0,230 0,50 ; /50, f

ИСК - 3,0 6,7 60,0 •i , "Л 33,7 75 ■ 0,045 0,80 186,

ИРМ - 1,5 5,4 21,0 •J 9 Г, 24,2 69 0,170 0,95 ¡' 34,

Шнековый питатель-измель читель 1,52 55,8 | 17,0 51 0,092 0,95 15,

• - 71 ~

серийно выпускаемы)-! ИСК-3 .имеет меньшее.( на 52 7. ) прямые издержки на приготовление.1 т корма и приведенные затраты на выполнение годового объема работ при той же производительности.

О преимуществах пр-тчлаянных технически средств для измельчения грубых кормов'свидетельствупт вариационные кривые распреде- • ления размеров частиц и измельченной массы - ни одно из серийно выпускаемых технических средств не соответствует зоотехническим требованиям в такой степени, как предлагаемые в данной работе.

Содержание обменной энергии (ОЭ) в сухом веществе соломы .определяется зависимостью

03 = (41,304 0,026X1 + 0,03X2) . О.ООЗбХз, ВДж

где

XI - сырая клетчаткз, г в 1 кг сухого вещества;

Хг - сырой протеин, г в 1 кг сухого вещества;

Хз - валовая энергия, МДж в 1 кг сухого вещества.

По данным Л. И. Зинченко и И.Е. Погореловой в 1 кг озимой пшеничной соломы содержится 86,97. сухого вещества,а тагосе Хг => 498 г, Хг = 40 г, Хз » 17,5 ЫДж, т.е. 03 = 0,445 ЭКЕД.

Таблица 5

Сравнительная эффективность скармливания соломы бычкам на откорме

Способ обработки соломы Прирост . массы, г/сутки Поедаемоеть соломы, I !

Сухая измельченная 702 65

Обработанная горячйй . водой после измельчения 850 75

Запаренная (подача • пара в течение 1 ч и выдержки 5 ч) 900 70

ТХО соломы в ШЛИ 942 79

С-з им. Н.К. Крупской Ульяновской области

По результатам балансовых опытов на быках, откорм которьг производился, с использованием ТХО солош в-ШЛИ, доказано боле' высокое содержание в ней ОЭ. При этом расчет производился по фор муле

ОЭ а 0,1 СВЗкорма - С Знала * Эцочи ^ Эматана)}-

Получено ОЭ =. 0,57.. .0,59 ЗКЕД.

Замечено, что при скармливании нерезанной соломы потери е составляют 20...30 7., а измельченная в ШЛИ поедается полностью.

Результаты исследований и внедрения . разработок расснатривс лись и одобрены научно-техническими Советами Ульяновского Брянского областных управлений сельского хозяйства, входили сос тавной частью и в виде отдельных изданий в областные рекомендацг

Всероссийским научно-исбледовательским и проектно-технолог! ческим институтом механизации животноводства, заводами "Сызран; сельмаш" и "Врянсксельмаш" обсуждены и приняты к внедрения техн1 ческие решения по конструкциям комбинированных кормопригбтов: тельных машин.

ГСКВ по • кормоуборочным машинам Гомельсельмзш приняло к и пользованию в перспективных моделях конструкцию измельчающего а парата продольно-поперечного реззния.

Конструкция и результаты испытаний комбинированного измельч теля-увлажнителя рассмотрены- Головин экспержгнтальхс-коистру торским институтом, для переработки травы и соломы ( г. Вильнюс)

Принято решение о применении его в проектах кормоцехов. Ра работка одобрена лабораторией Системы маппн в животноводе! СибЖЭ СО ВАСХНИЛ.

Все представленные в диссертации разработки измельчителей комбинированных машин для кормоприготовления используются в > аяйствах Ульяновской и Брянской областей.

Теоретические разработки автора учтены при составлении прс раммы курса "Механизация и технология производства продукт® з вотноводства" и комплексных квалификационных заданий для спе) альности 31.13 - механизация сельского хозяйстез.

ВЫВОДЫ

1. Оснозной резерв экономии энергии в животноводстве - это повышение энерго'насыщенности и усвоения кормоз, зависящее от их качества и характеризующееся коэффициентом биоконверсии, величина которого может быть увеличена с 6,4* до 16%.

2. Системный анализ модели функционирования 5::этех:-:зпао:-:сй системы, технологической и структурной схем обработки кормового сырья доказывает целесообразность применения комбинированных кор-моприготовительных машин, каждая из 'которых представляет законченную однопоточную технологэтескую линию, соответствующую пркк-ципзм энергосбережения. Удельны? -энергозатраты на приготовление грубых кормов составляют порядка 55* к зависят, в основном, ст ■энергоемкости транспортирования,измельчения и тепловой обработки. Эти операции выделены а качестве объекта исследования для реализации поставленной в работе цели.

3. Оптимизация состава П.Т.Л.ксрмопрпготсзленпл кг гсконе ::х биоэнергетической оценк:: и сокращения нсменг-татуры ztczyzz2англ га счет применения комбинированных .чггин обеспечивает уеньеенке энергозатрат 2 1,5...2 раза.

4. Опгико-механические и тепло-физические свойства кормов ::г-менчв-гся в широких пределах, влияя на геометрические характеристик:'. рабочих органов при намельчеки;:, а так«* на релимы работы измельчителей и оборудования для тепловой обработки. Зсперкмен: тально определены пределы временного сопротивления стеблей соломы из тюка - 20 н/мм2 ) и стога (бр = :35,5 н/мм2 ), среднее относительное удлинение ( соответственной 0,014 к 0,022 ), модуль упругости К S = 1427,9 н/мм2 и 1267,5 н/мм2 ), з также ;

=1,0 н/мм2; "^ср =0,4 к/ж2. Влажность в пределах 12. ..25* на сопротиЕ'.енпе разрыву не влияет. Экспериментально определен характеристики прочности початкоз (®р = 11,0 н/мм2, ®*сж — 0,97 к/мм2, £ер = 0,22 н/мм2, Е = 604,4 к/мм2 ) и стеблей { 2ср = 0,31 н/мм2 ) кукурузы, зависимость удельной работы резания от угла наклона коз. Оптимальное его значение 30°.

Предложен метод определения тепло-физических характер:;: г;:х кормоз я найдены six численные значения ( капр:п.:ер, :z^oiz: :-::>-гффицк-пг температуро.-рсзодн:-:--;:^ S,-?3 . ю~° тзпгозрс-зозззетг Л « о,1?5 Вт-- м. к }.

,5. Предложен принцип многоплоскостного продольно-поперечногс резания стебельных кормов и разработаны конструкции измельчителе* в 3,7 раза менее энергоемкие ,чем при одноплоскостном поперечное резании.Они обеспечивают содержание в измельченной массе 80...85' частиц длиною до 30 мм,что соотвествует зоотехническим требованиям, а также способствует более эффективному (нз 40...50%) использованию транспортных средств,сокращает интенсивность влагоотдачи, повьопзет производителькость сусальны;-: агрегатов ( на 25?. в сравнении с .длиной резки 50...60мм).Использование измельчающего аппарата продольно-поперечного резания при заготовке сенажз экономичнее на о...3,6 руб/т за счет повышения его качества и приводит к снижению затрат ка 0,5...О,5 руб/т (а ценах 1935 г.).

6.Совмещение операций измельчения кормового сырья, его транспортирования с одновременной тепловой обработкой способствует энергосбережению,упрощая технологический процесс и сокращая ьремя ка его осуществление.Такой непрерывный процесс подготовка соломы повышает ее питатель ноет* до 0,5 к.ед/кг.Пуоем изучен::* рабочего процесса скекового питателя измельчителя с резцами на нитках,полым валом с радиальным:: отверстия:.::: для подач:; пара ::

"химического раствора получены соотношения между элемента:.«: затрат Рекомендуется у гол наклона витков 17,5°,с£еспеч:гва:ощ::й условие энергосбережения при транспортирован;-;::.

Изучена динамика инекового питателя, предетазленкого в в;:де тела переменной йаос-ы. Экспериментах;,-:, получек-: распределение частиц намельченной массы по длине резки для одно- к мнэгеплоо-косткого резания. :

7. Применение двухзального измельчителя грубы:-: кормов приводит к снижению удельных энергозатрат в 2,1 раза, удельной металлоемкости на 32 % а сравнен::;: с измельчителем ИСК-3. На приготовлении 7680 т кормов получен экономический 'эффект 530 руб. Такал конструкция при скорости резания 45,84 м/с, подаче 11,43 т/ч и двадцати восьми режущих элементах обеспечивает энергозатраты О,2...О,22 кЕт.ч/о при содержании в массе 35,7* частиц длиной до 20...50 мм и расщепленности , тогда ка:-: при олноплоско-стнсм резан:::: эти показатели соответственно 40,?'. :: 85,4*.

8. Обосновано применение вибраций для ;с-:текскф:-:кгцки проиезоа измельчен;:* стебельнь::-; кормов. Определены геометрические характеристики режущие элементов :: ре*;:мы вг.брорегакид путем их опг.а:::-

гацкк по -"дельны: энергозатратам: угол гаоочк:: -егв::я ¿0°,на:-о-:;на

• , - 77 - • -режущей кромки к направления действующей силы 61°,- частота колебаний 50 Гц. Применение комбинированного измельчителя'с вибрирующим барабаном снижает приведенные затраты. Например, в линиях приготовления зерно-стержневой смеси они сократились на О,8...1,07 руб/т за счет снижения энергии ( в 1,6...2,б раза ) и потерь питательных веществ в готовом корме. При объеме заготовок 2000 т получена экономия 4054 руб ( в ценах 1991 г.).

9.Применение предлагаемых технологий и технических средств для кормоприготовления повышает содержание обменной энергии в _ грубых кормах (например, для пшеничной соломы - в 1,3 раза ) и на 20.. .30" сокращает их потери.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Целесообразно приготовление энергокзсыгеккыл кормов по гнергосберегаащим технологиям с испольгонакиек комб:гкироз5к:~г=п< мееик, совмещающих операции обработки кормового сырья с межоперз-ционным транспортированием. При этом уровень бпоконзерсии может быть увеличен до 16 * . Качество кормов слелуе? оценивать пс 5Hvpreткчеевой .*::гта?ел5я:.:-г::.

2. Для повышения питательности и перев^артаоста-грубых кормон ! их следует приготавливать с применением рекомендуемых в данной

работе технических средств: измельчитель продольно-поперечного резания, икековый питатель-измельчитель, двухвальный измельчитель грубых кормов, комбинированный измельчитель с .'вибрацией кг' мельчающего барабана. '

3. Параметры шнекового питателя-измельчителя: ;:*.зметр сгнекз 500 ¡.г.:, число рагру=Е~гг* - на одном uare ш, одновременно уча>.гвуют в измельчении г9 реэцоз, радиальный вылет которых 22,5 мм, саг измельчающей части шнека 400 ж, транспортирующей - 500 мм, длина шнека -3000 мм, скорость подачи соломы 0,05 м/с, частота враз,екм5 исполнительного органа 3,3 с"1 при -этом установленная мощность 15 кВт. О целью обоснования технологических режимов следует использовать "Рекомендации по подготовке ссломы к термохт::-чес-кой обработке" (Ульяновск, 1936).

- га -

4. Днухвальный измельчитель грубых кормов применил для сырь любой влажности без заметного увеличения удельных знергозатра при следующих параметрах: диаметр каждого ротора 600 мм, числ разрушающих элементов на двухзаходном роторе 28, длина рото{ 1500 мм, частота вращения ротора 24,3 с-1, установленная мощное! 28 кВт, пропускная способность 11,4 т/ч.

5. Для сокращения энергозатрат на измельчение кормовой масс целесообразно применение виброрезания с колебаниями барабана горизонтальной плоскости с частотой 50 Гц, амплитудой 0,0168 I скоростью резания 19,25 м/с и скоростью подачи 0,14 м/с.Наложен! вибраций на измельчающий барабан улучшает качество измельч< ния, что выражается в снижении средневзвешенного размера част измельченной массы и повышении доли расщепленных частиц.

б.Сравнение технологий и технических средств для заготовки приготовления кормов следует производить по энергетическим крит' риям эффективности ("Кормоэнергетика и энергосберегающие технол гик в животноводстве "-Белгород, 1992).

- 79 -* * -к

Содержание диссертации отражено в 107 опубликованных работах. Основные из них-следующие:

1. Ермичев В.А, Корсаков A.B. Экспериментальная установка для исследования шнеко-роторных питателей //Вопросы комплексной механизации погрузочко-разгрузочных работ: Тр. /Перм. с.-х.институт. - 1969. - Т.69, - С. 17-20.

2. Булыгин A.A., Ермичев В.А., Петрушкин Г.Ф., Оозев В.П. К исследованию физико-механических свойств материалов //Вопросы комплексной механизации погрузочно-разгрузочных работ: Тр./Перм. с.-х. институт. - 1969. - Т.69, - С. 3-6.

3. Петрушкин Г.Э.,Ермичев В.А.Исследование резания смерзшихся материалов //Строительные и дорожные машины. - 1971.- N1.-C.18-19.

4. Ермичев В.А., Сюзев В.П. Об оценке прочности грузов нераз-рушающими методами //Вопросы комплексной механизации погрузоч-но-разгрузочных работ: Тр./Перм. с.-х. институт. - 1971. - Т.82.-С. 3-4.

5. Ермичев В.А., Корсаков A.B. К расчету рабочих органов пог-рузочно-разгрузочных машин для навалочных грузов //Вопросы комплексной механизации погрузочно-разгрузочных работ: Тр./Перм. с.-х. институт. - 1971. - Т.82. - С. 16-18.

6. Ермичев В.А., Иванов А.П. К вопросу об оптимизации движения фрезы винтоеого рыхлителя //Динамика и прочность механических систем: Тр./Перм.политехнический институт. - 1972. - Сб. N 111". -С. 195-206. ........I

7. A.C. 4P1563. Передвижная буроразгрузочная установка /В.А. Ермичев и др. Заявлено 04.01.72; Опубл. 15.11.75; Бпл. N 42.

I 8. Ермичев В.А.,< Черников В.И., Смирнов A.A. Некоторые вопросы физико-математического моделирования рабочего процесса шне-кового питателя //Эксплуатация и ремонт с.-х. техниш: Тр./Ульяновск. с.-х. институт. - 1975. - Вып. 2. - С. 104-108.

9. Ермичев В.А. К расчету шнековых рыхлителей //Вопросы механизации сельского хозяйства: Тр./Мордовский госуниверситет. -1977. - Вып. 3. - С.122-124.

10. Ермичев,В.Л., Камалов Г.К. К определению величины момента сил трения шнековс-го рыхлителя перегрузочной машины //Размещение и механизация складов минеральных удобрений: Тр./Ульяновск, с.-х. институт. - 1977. - С. 29-37.

. 80.. 11. Ерштаев .В. А. .Исследование шнековых рзбочих органов погру-оочно-разгрузочных маша '//Вопросы технологии производственных процессов в промышленных животноводческих комплексах: Тр./Челяб. ин-т механиз. и электр. с.-х. -1976. - Вып. 114. - С. 33-33.

12. Ермичев В.А., Кам&лов Г.К. К выбору оптимальных параметров шнбковых питателей //Вопросы комплексной механизации производственных процессов в животноводстве: Тр./Челяб. ин-т механиз. и электр. с.х. - 1978. - Вып. 136. -"СГ 82-83.

13. Ермичев В.А., Брокерт В.В. Использование геометрических •летодов при исследовании шнековых питателей //Тезисы докладов Всесоюзной'конференции - Йошкар-Ола. - 1982.- С. 121-122.

14.- Ермичев B.Á. Аналитическое исследование кинематики винтового транспортера кормов //Вопросы механизации трудоемких процессов в животноводстве: Tpí/Ульяновск. с.-х. институт. -1981. -С. 3-6.

15. Ермичев В.А., Камалов Г.К. Задачи и методика исследования днекового питателя для связных грузов //Вопросы механизации трудоемких процессов в животноводстве: Тр./Ульяновск, с.-х. институт. - 1981. - С. 6-7.

16. Гуткович Я.Л. , Ермичев В.А. Технологические особенности приготовления КСАИДа из различных источников сырья //Вопросы механизации трудоемких процессов в животноводстве Тр. / Ульяновск. :.-х. институт. - 1981. - С. 15-18.

17. Ермичев В.А., Элли А.Я. К вопросу о выборе методики определения качества измельчения кормов: //Экспресс-информ. /ЩШТЭЙ.

- М., 1983, вып. 8. - С. 1-3.s

18. Ермичев В.А., Элли А.Я. Прибор для учета часовой наработ-си электрических установок: .Информ. листок /Ульяновск. ЦНТИ. -Ульяновск, 1984. - N.'34-84. j

19. Ермичев В. А.-, Элли А1.Я. Измельчающий аппарат продоль-ло-поперечного-резания : //Техника в сельском хозяйстве. - 1984.

- N 4. - С. 50-51.

■20. Ермичев В.А., Элли А.Я. Стационарный измельчитель кордов://Степные просторы. - 1984. - N 5. - С. 40.

21; Ермичев В.А., Элли А.Я. Модернизированный измельчитель ¿ормоз КУС--:,5: Лнформ. листок /Ульяновск. ЦНТИ. - Ульяновск, 1984. - N. 232-84.

22. Ермичев Б.А.,/Зядк А.Я. Совершенствование конструкции кз-4Эльчающ5го аппарата ' кормоуборочного комбайна КСК-100: йкформ.

• :' --81 ; ' ■листок /Ульяновск. ЦНТИ. — Ульяновск, .1984., - N. 234-84. . . г23. Ермичев B.A.y, Злли А.Я. Измельчитель грубых кормов: Ин-форм. листок/Ульяновск. ЦНТИ, - Ульяновск, 1984. - N. 235-84.

24. Нагорнов И.П., Ермнчев В.А;, Эш А.Я. Важный резерв кормопроизводства //Степные просторы. - 1984. - N 8. - С. 43.

25г Ермичев В.А., Нагорнов И.П., Элли А.Я. Некоторые возможности .повышения'эффективности и качества консервированных кормов //Степные просторы. -1984. - N 10. - С. 22-23.

26. Ермичев В.А., Элли А.Я. Качество измельчения трав и-технико-экономические показатели сушильных агрегатов //Кормопроизводство. - 1984. - N 12..: С. 33.

27. Ермичев В.А., Врокерт В.В. Шнековый питатель-измельчи-тель:йкформ. листок /Ульяновск. ЦНТИ.-- - Ульяновск, 1985. - N. 399-85. •

28. Ермичев В.А., Брокерт В.В. Способ подготовки солош к . термохимической обработке: Информ. листок /Ульяновск. ЦНТИ. -Ульяновск, 1985. - N 411-'85.

29. Ермичев В.А., Брокерт В.В. Обоснование параметров шнекового питателя-измельчителя грубых кормов //Механиз. и элёктркф. сел. хоз-ва. - 1985. - N 12. - С. 49-50.

30. Ермичев В.А., Брокерт В.В. Определение энергоемкости шнекового питателя-измельчителя для обработки грубых кормрв: Тр./Че-ляб. ин-т механиз. и электр. с.-х. - 1985. - С. 20-24.

31. Ермичев В,А., Брокерт В;В. Подготовка солош к термохимической обработке //Степные просторы. - 1986. - N 1. - С. 43.

321 Ермичев В.А., Брокерт В.В. Анализ процесса измельчения солош шнековым питателем - измельчителем //Методы улучшения эксплуатациии ремонта сельскохозяйственной техники: Тр.- /Ульяновск. с.-х. институт. - 1985. - С. 88-89. ;

33. Ермкчев В.А.-, Брокерт В.В. Рекомендации по подготовке соломы к тегмохимической обработке. - Ульяновск, 1986. - 11 с.

34. A.c. 1238751. Устройство для переработки солош на корм./В.А.Ермичев, В.В.Врокерт. Заявлено 16.02.83; Опубл. 23.06.86 в Б.И. N 23.

35. Ермичев В.А. Энергетическая оценка процессов приготовления кормов //Ускорение научно-технического прогрессз в агропромышленном комплексе:. Тр. /Ульяновск, с.-х. институт. - 1986. -С. 67-68. -

36. Ермичев В..А.,. Курдюмов В. И. Теоретические предпосылки со-

. ' • "83;:. -

вершенствования технологии получения верно-стержневой ' смеси из початков' кукурузы //Ускорение научно-технического прогресса в агропромышленной комплексе: Тр. /Ульяновск, с.-х.'институт. - 1986.-С. 76.

37. Ермичев В. А. Энергетическая оценка технологических линга и машин для приготовления кормов //Повышение эффективности использования машин и оборудования на фермах и коиплексах: Тр. /Ленинград, с'.-х". институт". - 1986'. - С.' 81-84.

38. Ермичев В.А., Курдсмов В.И. К вопросу о совершенствовали! технологии обработки грубых кормов: Тр.' /Целиноград, с.-х. институт. - 1987. - С. 121-122.

'39v Ермичев ВД: Энергетическая оценка процессов приготовления корков и повышения их эффективности //Механизация приготовления и раздачи кормов на фермах: Тр.\/ШОШ. - 1987. - С. 78-84.

40. Курдамов В.И., Ермичев В.А., Элли А.Я.Измельчение почат ков кукурузы //Степные просторы. - 1987. - N 8. - С. 46.

41. Ермичев В.А., Элли А.Я.,' Курдшов В.И. Универсальный из мельчитель кормов //Техника в сельском хозяйстве. - 1987. - N 8. С. 28.

42. Ермичев В. А. и др. Оптимизация состава поточных лини кормоцехов //Механ. и электриф. сельск. хоз-ва. - 1987. - N 8. С.'30-31.

43. Ермичев В.А.,' Брокерт В.В. Оптимизация параметров шнеке вого измельчителя-увлажнителя грубых кормов //Техника в сельскс хозяйстве. - 1988. - В 5. - С. ЗО7З1.

44. Ермичев В. А., Курдшов В.И. Энергетические затраты щ резании початков и стеблей кукурузы //Техника в сельском хс зяйстве. - 1988. - N 5. - С. 59.

45. Ермичев В.А; • Совершенствование, конструкции и-повышен) эффективности сельскохозяйственной техники|на основе ее биознер:

• етической оценки //Ускорение научно-технического прогресса в аз ропромышленном комплексе Брянской области: Тр. /Брянск, с.-: институт. - 1988.- С. 127-128.

46. A.c. 150554613. Измельчитель кормов /В.А.Ермиче В.И.Курдюмов. Заявлено 09.06.87; Опубл. 07.09.89 в Б.И. N 33.

47. Ермичев 5.А., Элли А.Я., Курдш'оа В.И. Прогрессивная те нология получения измельченных початков кукурувы: Икформ. листо /Ульяновск. ЩГШ. - Ульяновск, 1987. - N 17-87.

48. Ермичев В.А.,. Элли А.Я., Курдшов В.И. Измельчитель л

чатков кукурузы: 'Информ. лк;:гок /Ульяновск. ЦНТИ. - Ульяновск, 1987. -У20-87. _____•

49. Ёрмичег В.А., /хгкк П.Н. Ламельчитель-смеситель грубых кормов: Информ. листок /Брянск. ЩШ1. - Брянск, 1989. - N 70-89.

50. Зеысков В.И., Ер;лсчев В.А. Проблемы кормопроизводства и 'кориопр'иготовления //Тех;пгка в -сельской хозяйстве. - 1989.- Н 4.-С. 20. ' .

51. Ермичев В.А. Механико-технологическое обоснование разработки энергосберегающих технических средств для кормоприготовле-ния //Интенсификация механизированных технологий производства молока и' говядины:"Тр. /БШГ,[Щ. - 1989.' - С. 103-107.

52. А.е.- 1604241. Рабочий орган измельчителя-смесителя грубых кормов /В.А.Ермкчев и др. 'Заявлено 14.02.88; Опубл. 07.11.90 в Б.И. N 41.

53. Ермичев В.А., Богатоа В.А., БрОкерт В.В. Линии подготовки корнеклубнеплодов к скармливанию //Техника в сельском хозяйстве.

- 1989. - N 5. - С. 60.

54. Ермичев В.А. Исследование влияния вибрации ротора на качество резания материалов . //Комплексная механизация . производственных процессов ферм крупного рогатого скота: Тр. /ЕШШ5.

- 1990. - С. §4-67.

.. 55. Программа по курсу . "Механизация к технология проиэ- ., водства продукции животноводства" для спец.. 31.13 "Механизация сельского хозяйства" // В кн." Программы специальных дисциплин для подготовки инженероЕ-иехашгиков", М., 1990 (соавтор).

56.: Квалификационные требования к специалистам с выспим ¡образованием по спец. 31.13 "Механизация сельского хозяйства" (квалификационная характеристик и фонд комплексных квалификационных заданий;) U., -1990 (сбавтор).

571 Ермичев В.-А-. Кориознергетика и энергосберегающие терюло-гии в яивотноводстве: Учебное пособие. - Белгород, 1992. - 30 с. (Брянск. СХИ). .... .

58. Ермичев В.А., Етченко B.C. Результаты испвтания прибора для определения тепло-фнанческзос свойств кормов //Совершенствование механизированных технологий производства молока п говядины: Тр. /ЕЗМШ. - 1993. - Т. 2. - С. 114 - 119.

• -59. Ермиче'в В.А., Ямекко -B.C. к вопросу об исследовании тепло-физических свойств глриов //Техника в сельской хозяйстве. -1993. - N 4. - С.19 - 20.