автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование параметров распределителя-уплотнителя для линий приготовления и раздачи кормовых смесей крупному рогатому скоту

На правах рукописи

Каменев Сергей Викторович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ-УПЛОТНИТЕЛЯ ДЛЯ ЛИНИЙ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И РАЗДАЧИ КОРМОВЫХ СМЕСЕЙ КРУПНОМУ РОГАТОМУ СКОТУ

Специальность 05.20.01 -технологии и средства механизации сельского хозяйства

11 АВГ 2015

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Благовещенск - 2015

005571344

005571344

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Дальневосточный государственный аграрный университет»

Научный руководитель доктор технических наук, доцент

Бурмага Андрей Владимирович

Официальные оппоненты: Федоренко Иван Ярославович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный аграрный университет», кафедра механизации животноводства, заведующий

Фролов Владимир Юрьевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВО «Кубанский государственный аграрный университет», кафедра механизации животноводства и БЖД, заведующий

Ведущая организация ФГБОУ ВО «Российский государственный аг-

рарный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева».

Защита состоится «15» октября 2015 г. в 13— часов на заседании диссертационного совета Д 220.027.01 при ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет» по адресу: 675005, Амурская обл., г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86, корпус 12, ауд. 82. Телефон/факс. 8-(4162)-49-10-44.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный аграрный университет» и на официальном сайте университета www.dalgau.ru.

Автореферат разослан « 5~» августа 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

та

Якименко Андрей Владимирович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования.Эффективность производства продукции животноводства во многом зависит от полноценного и своевременного кормления. Исследованиями учёных и передовой производственной практикой установлено, что кормовые смеси (КС) для крупного рогатого скота (КРС) удовлетворяют физиологическим потребностям и повышают продуктивность животных за счёт сбалансированности кормов по питательным веществам. При этом в кормовых смесях можно скармливать 1,5-2 раза больше малоценных грубых кормов с величиной резки 8-10 мм, чем при раздельной раздаче, так как в этом случае животные не могут выбирать наиболее вкусный корм.

При интенсивном ведении животноводства производится подготовка кормов, в том числе в кормоцехах (кормоприготовительных отделениях)с помощью разнообразных по принципу действия и конструкции машин и оборудования. При этомраздача кормов, являясь заключительным звеном, оказывает существенное влияние на эффективность получения продукции от животных. По трудоёмкости она составляет 40% общих трудовых затрат по уходу за животными.

Однако, применяемые в настоящее время машины и оборудование, входящие в состав технологических линий (ТЛ) приготовления и раздачи КС для КРС не позволяют готовить их с высокой однородностью и выдавать в соответствии с зоотехнической нормой. При этом процесс приготовления КС имеет сложную структуру и, как следствие низкую надёжность функционирования.

Существенным недостатком применяемых бункерных кормораздатчиков является неравномерное заполнение бункера кормом при загрузке его ёмкости-что приводит к колебаниям высоты по длине бункера и колебаниям плотности. В связи с этим разработка новых технологических подходов и технических средств, обеспечивающих качественное выполнение процессов приготовления и раздачи корма является актуальной научно-технической задачей.

Работа выполнялась по тематическому плану ФГБОУ ВО «Дальневосточный ГАУ» «Система технологий и машин для животноводства Амурской области» (номер государственной регистрации №РК 0120.0 503 562).

Целью исследований является повышение эффективности работы линий приготовления и раздачи кормовых смесейкрупному рогатому скотупутём обоснования параметров распределителя-уплотнителя.

Объектом исследований является технологический процесс приготовления и раздачи кормовых смесей крупному рогатому скоту с использованием распределителя-уплотнителя кормов.

Предмет исследований- закономерности процессов распределения и уплотнения кормовой смеси в бункере мобильного раздатчика с использованием распределителя-уплотнителя.

Методы исследования. При теоретических исследованиях использовались законы и методы теоретической механики, математики, сопротивления материалов. При экспериментальных исследованиях использовался метод планирования многофакторного эксперимента и регрессионного анализа. При обработке результатов экспериментальных исследований, использовались методы

математической статистики совместно с программами для персонального компьютера «Excel», «Statistica-б».

Научная новизна.

1. Обоснована возможность, необходимость и целесообразность использования для заполнения бункеров мобильных раздатчиков кормов специальных распределителей-уплотнителей в линиях приготовления и раздачи КС КРС;

2. Получены аналитические зависимости по обоснованию параметров процесса заполнения бункера мобильного раздатчика с учётом уплотнения кормового продукта рабочими органами распределителя-уплотнителя на основании обобщённой теоремы взаимности работ;

3. Экспериментально получены математические модели процесса заполнения бункера мобильного раздатчика кормовой смесью с одновременным её уплотнением, на основании которых обоснованы оптимальные значения параметров распределителя-уплотнителя.

Новизнатехнических решений, снижающих неравномерность выдачи смесей в кормушки КРС подтверждены патентамина изобретения(№2515037, №2518881 и №2531227).

Практическая значимость.Разработана и предложена конструкция распределителя-уплотнителя, обеспечивающего равномерную загрузку мобильного бункерного раздатчика кормов. Обоснованы оптимальные конструктивно-режимные параметры распределителя-уплотнителя. Разработана методика расчёта линии приготовления и раздачи кормовых смесей и рекомендации по проектированию и использованию данной линии приготовления и раздачи кормовых смесей с использованием распределителя-уплотнителя.

Результаты исследований могут быть использованы проектно-конструкторскими организациями для разработки новых распределителей-уплотнителей, а также в учебно-методическом процессе.

Основные положения, выносимые на защиту:

-аналитические выражения, позволяющие определять оптимальные конструктивно-режимные параметры распределителя-уплотнителя кормов;

- аналитические зависимости по обоснованию параметров процесса заполнения бункера мобильного раздатчикадля КРС с учётом уплотнения кормового продукта рабочими органами распределителя-уплотнителя, на основании обобщённой теоремы взаимности работ;

- экспериментально полученные математические модели процесса заполнения бункера мобильного раздатчика кормов с помощью распределителя-уплотнителя, на основании которых определены оптимальные значения его параметров.

Реализация результатов исследований. Производственная проверка была произведена в: ФГУП ОПХ «Садовое» с. Лозовое Тамбовского района Амурской области; ООО «АгроСевер-3» с. Новогеоргиевка Шимановского района Амурской области. Полученные результаты исследований используются в учебном процессе Факультета механизации сельского хозяйства ФГБОУ ВО «Дальневосточный ГАУ» и приняты к использованию ФГБНУ Даль-НИИМЭСХ.

Апробация. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на конференциях: общеуниверситетских тематических научных конференциях «Проблемы и перспективы развития науки, производства, образования» ФГБОУ ВПО ДальГАУ в 2013-2014 rr.;XIV, XV и XVI региональных научно-практических конференциях «Молодежь ХХ1века: шаг в будущее», в 2013-2015 гг.; научно-практической конференции:«Состояние и перспективы развития производства и переработки энергетически ценных сельскохозяйственных культур», Благовещенск, 27-28 июня 2013 г. ГНУ ДальНИИМЭСХ; ХХ1заочной научной конференции«КезеагсЬ Journal of International Studies», Екатеринбург 2013 г.; Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы в энергетике и средствах механизации АПК» (ДальГАУ,9 апреля 2014 г.); международной научно-практической конференции «Инновационные процессы и технологии в современном сельском хозяйстве» (ДальГАУ, 2-4 декабря 2014 г.); расширенном заседании кафедры «Транспортно-энергетические средства и механизация АПК». Научно-исследовательская работа «Теоретическое обоснование оптимальных конструктивно-режимных параметров и схемы распределяюще-уплотняющего устройства» награждена дипломом за 1 место во II туре Всероссийского конкурса на лучшую работу среди студентов, аспирантов и молодых учёных высших учебных заведений Минсельхоза России в номинации «Технические науки».

Публнкацин.Основные положения диссертационной работы опубликованы в 13 печатных работах, в том числе в 2 статьях в рецензируемых изданиях, входящих в перечень ВАК, а также получено 3 патента на изобретение.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, приложений, списка литературы включающего 221 источник, в т.ч. 14 на иностранных языках и изложена на 169 страницах машинописного текста, содержащего 19 таблиц, 47 рисунков и 9 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложены обоснование актуальности выполненного исследования, научная новизна и основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ проведённых исследований по повышению эффективности работы технологических линий приготовления и раздачи кормовых смесей крупному рогатому скоту»показана зоотехническая и технико-экономическая эффективность кормовых смесей и представлен анализ существующих технологических линий приготовления и раздачи кормовых смесей для КРС, схема классификации устройств для равномерного заполнения бункеров накопителей и раздатчиков кормов, разработанная на основании анализа патентов и литературных источников.

Обзор исследований процессов дозированной выдачи кормовКРС показал, что выполненные исследования явились определяющими в данном направлении и позволили выявить ряд нерешённых вопросов и противоречий в области механизации приготовления и раздачи.

В соответствии с поставленной целью в работе сформулированы следующие задачи исследований:

1) на основании анализа литературных источников и практического опыта работы существующих линий приготовления и раздачи кормовых смесей для КРС обосновать возможность и целесообразность заполнения бункерных раздатчиков с использованием специальных устройств - распределителей-уплотнителей;

2) теоретическим путём обосновать параметры процесса заполнения бункера мобильного раздатчика кормовых смесей с учётом уплотняющего воздействия рабочих органов распределителя-уплотнителя и получением расчётных зависимостей;

3) экспериментальным путём получить математические модели процесса заполнения бункера мобильного раздатчика с помощью распределителя-уплотнителя и на их основе обосновать оптимальные значения параметров процесса;

4) провести производственную проверку результатов исследований, дать им технико-экономическую оценку, разработать методику расчёта и рекомендации по проектированию и использованию линии приготовления и раздачи кормосмесей для КРС с применением распределителя-уплотнителя.

Во второй главе «Теоретические аспекты повышения эффективности работы технологических линийприготовления и раздачи кормовых смесей крупному рогатому скоту и обоснование параметров распределителя-уплотнителя кормов» проведёнанализ факторов, влияющих на эффективность работы мобильных раздатчиков кормов.

Технологическую линию приготовления и раздачи КС можно представить в виде структурной схемы (рисунок 1).

Из схемы на рисунке 1 видно, что для повышения эффективности работы ТЛ приготовления и раздачи кормовых смесей необходимо:

- исключить сегрегацию частиц кормовой смеси, поступающей в бункер

х, >г.

Рисунок 1 - Структурная схема линии приготовления и раздачи кормовых смесей, содержащей распределитель-уплотнитель: Хь Х2, X; - конструктивно-режимные параметры; У^) -критерий оптимизации; 2,(1) - технологические

факторы

раздатчика кормов, и тем самым повышение однородности выдаваемой кормовой смеси КРС;

- повысить равномерность выдачи кормовой смеси животным, а для этого сформировать кормовой монолит с постоянными высотой Не и плотностью рв по длине Le бункера;

- повысить коэффициент использования грузоподъёмности бункерного раздатчика, как транспортного средства.

Реализация данных подходов позволяет выполнить условия, при которых однородность смеси в будет стремиться к своему максимальному значению, неравномерность выдачи кормов в кормушки 6Р к её минимальному значению, а уплотнение кормового продукта в бункере раздатчика позволит снизить число рейсов раздатчика пр или число кормораздающих агрегатов.

Всё это в совокупности позволяет снизить приведённые затраты ЛЗ, на процессы приготовления и раздачи кормовых смесей КРС.

Вышеизложенное можно представить в виде условий оценки функционирования процессов приготовления и раздачи кормов:

¿ЛЗ, =(UJ+E-K1)Qrt^> minP ky=kym-e*<»^opr, I

0 = lOO-ei(o —»max,

при S(t)~* 0 J

где ПЗ-, - приведённые затраты, руб; Qj - производительность по линиям приготовления и раздачи КС, т/ч; t - время работы линий, ч; ¿//-удельные эксплуатационные затраты по процессу, руб; Е - нормативный коэффициент (£=0,15); К - капитальные вложения, руб; .ЗД-функция, характеризующая способность системы приготовления и раздачи кормовых смесей КРС к управлению ею, через воздействие на факторы и параметры; 5Р - неравномерность раздачи КС КРС (безразмерная величина); в - однородность КС, %.

Данную функциональную зависимость в самом общем её виде можно представить как

S(t)=f(S3; Фи,; ФГ,; ...;)->0, (2)

где <53 - неравномерность заполнения бункера раздатчика; Фи, - обобщённый скоростной фактор, влияющий на формирование кормового монолита с ¿э=0 и в—>шах; i>F; - обобщённый силовой фактор, влияющий на степень уплотнения кормового продукта в бункере ку—*кут1а.

Исключить неравномерность загрузки раздатчика можно за счёт использования в линии распределителя-уплотнителя (рисунок 2).

Устройство производит загрузку бункера раздатчика (рисунок 2) 8 наклонными слоями 4 с углом естественного откоса кормосмесиб путём формирования монолита с одновременным его уплотнением двумя симметрично установленными и синхронно работающими граблинамн 3.

а) б)

Рисунок 2 - Конструктивно-технологическая схема загрузки бункера а) и схема работы граблин б) распределителя-уплотнителя (обозначения в тексте)

Кормовая смесь с выгрузного транспортёра попадает на загрузочный транспортёр шнекового типа 2, установленный на платформе 9, осуществляющее возвратно -поступательное движение по всей длине бункера 8 раздатчика. При раздаче слои корма 4 подаются транспортёром 7 к вращающимся бите-рам5, дополнительно перемешиваются в пространстве над выгрузным транспортёром 1, с которого попадают в кормушку.

Рассмотрим общий вариант заполнения бункера (рисунок 3).

Рисунок 3 - Вариант заполнения бункерного раздатчика (общий случай): Ье -длина бункера; В - ширина бункера; КЬ -в радиус верхнего основания, выраженный через ширину загрузочного транспортёра Ь;Я- радиус окружности; - скорость перемещения частиц в поперечном; -в радиальном; и0 -продольном направлениях

Процесс уплотнения комового продукта, обладающего определёнными физико-механическими и реологическими свойствами, характеризуется прежде всего уменьшением объёма воздушных пор в сыпучей среде продукта и удалением из формируемого монолита части объёма воздуха, за счёт объёмной деформации продукта в бункере прямоугольного сечения (рисунок 4).

В процессе заполнения бункера продуктом по высоте Н (рисунок 4) за один цикл загрузки, его пористость составляет

Я, = }л,(Я)<й, (3)

о

где П)(Н) - функция распределения пористости по высоте продукта; Н -высота продукта в бункере, м.

Характер функции (3) зависит от способа загрузки бункера кормовым продуктом, а также его физико-механических и реологических свойств.

Р=г

щ

"л

▼ ▼▼▼▼▼▼▼ N Л

- Г1'" л ~ <■ . 1_____________—__С—г—.-

^ - - - -.Г ' * ■ Ш 1

- ^ *->- ~ " - ' " г - у - -г Г " " " 7 А, н

"б)

Щ.——Л--»

и,

~ТЛ-771-777

Элементарный слой

Рисунок 4 - Схема к обоснованию параметров процесса уплотнения кормовой массы в бункере раздатчика: а) в монолите: М - изменение высоты монолита; АУМ - изменение объёма монолита; Н - высота монолита; А К/ - изменение объёма в слое; ДА, - изменение высоты слоя; /г, - высота слоя после уплотнения; Я, - высота слоя до уплотнения; п,- - число слоев; Р - давление (сила) на слой; рб -плотность кормового слоя в бункере; <т;, <7д аз - напряжения, действующие по боковым граням; б) в кормовом слое

При формировании кормового монолита в виде правильного параллелепипеда пористость по его высоте уменьшается, а плотность повышается.

Можно записать

Х-Е

Р--

кс -ц

(4)

где Р - давление на кормовой монолит, Па; А - степень уплотнения; кс-коэффициент относительной сжимаемости кормовой смеси в формируемом монолите, учитывающий её свойства через коэффициент Пуассона-^, модуль упругости Е совокупности компонентов в смеси.

С целью возможности оценки качества сформированного монолита в бункере можно записать

м

Мп

Мп(П„-ПК) 100

-М„

т-1

(5)

где 6 - среднеквадратическое отклонение массы корма; Мп - масса кормового продукта, кг; Пн- пористость монолита до деформации, %; Пк- пористость монолита после деформации, %; Мср - среднее значение массы кормовой смеси, кг; т - число участков деления бункера

5

М„

•100% ¿[<?3],

(6)

где 5з - неравномерность заполнения бункера раздатчика; [<У - допустимая по исходным требованиям неравномерность заполнения бункера.

С учётом степени воздухоотделения получили выражение для расчёта производительности процесса заполнения бункера раздатчика кормовой смесью

(2-Щ:. (7)

к-с

где Мб - количество корма в бункере, кг; (- степень воздухоотделения; 1У - продолжительность уплотнения, с.

Для бункера с параметрами К, =в-Н Ь запишем зависимость

ЕВНЬ-Ч>-9,81

2,3

II V

(8)

где Ысж - мощность, затрачиваемая на процесс сжатия (уплотнения) кормового продукта в бункере раздатчика, Вт; В,Н - соответственно ширина и высота бункера, м; Ь - длина бункера, м; Ч* - коэффициент, учитывающий свойства кормовой смеси.

Для принятой схемы (рисунок 5), можно записать следующее уравнение движения выделенного элемента в проекции на ось Я

р(Н)-8-М-ак=аРн-В+Рг}-РбоХ-с1И, (9)

где р(Н) - плотность по высоте бункера, кг/м3; 5 - площадь основания выделенного объёма высотой <Ш, м2; я* - ускорение движения выделенного объёма, м/с2; Ру - периметр выделенного элементарного объёма, м; Рь - сила (нагрузка) на монолит, Па;/ - коэффициент трения; Рбок - боковое давление.

н

я дл

— «С.*"4 ' Г N / » _ — Г Ч / - г * _ г Г" ^

ХХХХХХХХХХХХХХХХХ) аг> | Н.

- ^ — ^ - г

в

Рисунок 5 - Схема к определению плотности кормовой смеси в бункере раздатчика Уравнение (9) выразим в следующем виде

■И=В-1-с1Рк+2(В + Ь)-/-СгРк-с1И, (10)

где ¿V- коэффициент бокового распора; Н0 - высота монолита до уплотнения, м; В - ширина бункера, ы\Ь- длина бункера, м; И - высота монолита после уплотнения, м; ь0 - скорость распределения частиц корма в осевом (продольном) направлении, м/с; рк- конечная плотность продукта, кг/м3.

Решая уравнение (10) относительно плотности прирк=ре получаем

2 (В+Ь)-/^б-Рн-Н(,

рн'Н о Рб ="7ТГ~Г"

В Ь-и*

При этом степень уплотнения определим как

р &0-НВ1*р

(12)

При работе производительность устройства в режиме заполнения бункера за один проход равна

аз)

в

где Уе - объём бункера, м3;иу(о)- скорость движения устройства вдоль бункера, м/с.

Решив полученное равенство относительно кинематической характеристики 0)г получим

(14)

где иот - скорость подающего транспортёра, м/с.

После преобразований и решения выражений относительно расстояния между пальцев ¿г с учётом того, что и„/а)г=ЯЦ имеем

л(1х +12)-ИГ-1Г-Як

К

где /г - расстояние между пальцами граблины, м; //, 12 - соответственно верхнее и нижнее основание трапеции за которую принята порция перемещаемого корма, м;йг - высота пальцев, м; 1Г- длина граблины, м; - радиус кривошипа распределяющей граблины, м; Ку - объём усечённого конуса.

Мощность, необходимая на привод рабочих органов распределителя-уплотнителя, определяется как

N=NxxrrJrNxxI+Nxxк+Nкпт+No+Nп, (16)

где Иххп- мощность, затрачиваемая на перемещение платформы, Вт^огг - мощность, затрачиваемая на привод транспортёра, Вт;Ыкпт - мощность, затрачиваемая на перемещение корма транспортёром, ВгДсж - мощность, затрачиваемая на привод кривошипов, Вт^о - мощность, затрачиваемая на распределение порций корма граблинами в продольном направлении, Вт,Ып - мощность, затрачиваемая на распределение порций корма граблинами в поперечном направлении, Вт.

В третьей главе «Программа и методика проведения экспериментальных исследований» представлена методика и программа проведения экспериментальных исследований, описание оборудования и аппаратуры для проведения исследований.

Исследования проводились по следующим общим и частным методикам:!) ГОСТ Р 52812-2007 «Смеси кормовые. Технические условия»;2) ГОСТ Р ИСО 6497-2011 «Корма для животных. Отбор проб»;3)ГОСТ 20915 -2011«Испытание сельскохозяйственной техники. Методы определения условий испытаний»;4) ГОСТ Р 54783-2011 «Испытания сельскохозяйственной техники. Основные положения»;5) ГОСТ 12.2.042-2013«Машины и технологическое оборудование для животноводства и кормопроизводства»;6) «Специальный тензометрический лоток», посредством которого регистрировалась равномерность движущегося потока корма.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований и их анализ» представлены результаты по определению физико-механических характеристик кормовых продуктов; результаты исследований по обоснованию параметров, влияющих на пропускную способность распределителя-уплотнителя и его энергоёмкость, в виде графических зависимостей: скорости движения платформы распределителя-уплотнителя от подачи загрузочного транспортёра, угловой скорости граблины от подачи загрузочного транспортёра, подачи распределителя-уплотнителя и энергоёмкости от угловой скорости вращения граблин.

При изучении процесса заполнения бункера мобильного раздатчика кормовой смесью с помощью распределителя-уплотнителя за критерии оптимизации были приняты следующие:

- Уь(6з),% - неравномерность заполнения бункера кормом;

-У2,(Х,),- степень уплотнения кормовой смеси (безразмерная величина);

- Уз,(Ыэ), кВт-ч/т- энергоёмкость процесса заполнения бункерного раздатчика.

На основании проведённых поисковых опытов, а также априорного ранжирования были из общей совокупности факторов выделены факторы, оказывающие наибольшее влияние на критерии оптимизации.

В качестве таких факторов были приняты следующие:Х1(со,с'') - угловая скорость вращения кривошипа распределяющих граблин; Хг^о, м/с)-продольная скорость перемещения платформы распределителя-уплотнителя вдоль бункера мобильного раздатчика кормов;Хз(1„, м) - расстояние между пальцев распределяющей граблины.

Уровни и интервалы факторов приведены в таблице 1.

Исследования проводились по стандартной матрице многофакторного эксперимента. Методом пошагового анализа были исключены статистически незначимые коэффициенты и построены следующие математические модели процесса заполнения бункера мобильного раздатчика типа КТУ-10 кормовой смесью с помощью распределителя-уплотнителя.

Таблица 1 - Факторы и уровни их варьирования

Факторы Факторы

Угловая скорость вращения кривошипа с граблиной Продольная скорость перемещения платформы Расстояние между пальцев граблины

X 1/(0,0-' ХгЬ0, м/с ХзЛп, м

Верхний уровень(+) 10,0 0,06 0,10

Основной уровень(о) 8,0 0,04 0,06

Нижний уровень(-) 6,0 0,02 0,02

Интервал варьирования 2,0 0,02 0,04

Полученные модели в кодированной форме имеют следующий вид:

У1=5,803 -0,987 Х2Хз+1,953-Х!2+0,903-Х^+0,700 Х^->тт; (17)

Y2=l,928+0,106 Xi+0,067- X2+0,097-X, -0,075- X, X2-0,163- X2-

-0,23IX2 -0,095 • Xj —> max; (18)

Y3=0,134+0,012-Xi+0,010-Xj+0,005-Xj+0,010X,X2-0,ООв-ХгХз+0,013-X,2+0,017-X2+0,006-X2-»min. (19)

Адекватность данных моделей подтверждается неравенством Fr>Ft. Так, для Yi=fiXi;X2;X3)—»min расчетный критерий Фишера -Рцсоставляет 8,897, а табличный Fi=5,960. При этом, коэффициент корреляции равен Ri=0,903, а стандартное отклонение 8=6,779. Для зависимости Y2=f(Xi;X2;X3)—»max неравенство представлено как Fr>Ft=5,53>3,79, а коэффициент корреляции равен R2=0,929 при стандартном отклонении 8=0,112.Для зависимости Уэ=Я;Х,;Х2;Хз)-»-тт FR>FT=6,98>3,58, при R3=0,959 и 8=0,00055, при доверительной вероятности Р=0,95.

Перейдя от кодированных значений факторов к натуральнымполучили математические модели процесса заполнения бункера мобильного раздатчика кормовой смесью в раскодированном виде:

83=39,282 - 7,813ш - 106,6и0- 3,133tn - 1234,0\>ot„+0,4 88(02+

+2258,3-u2+437,57- t2-»min; (20)

>.=5,576- 0,678co - 57,8-Vo - 4,775t„ - 1,875 ш-1>о-0,041 -ю2-

-578,240- u2-59,883 t2-»max; (21)

N3=0,488 - 0,059co - 3,9v0 + l,2tn + 0,125-(0"Uo-0,l(0-tn +0,0034 m2+

+42,5- v2+4,375t2—»min (22)

С целью определения оптимального сочетания факторов, при которых Yi—»min; Y2—» max и Уз—» min, была решена компромиссная задача.

В результате решения компромиссной задачи определены оптимальные значения параметров, которые находятся в следующих пределах: угловая скорость вращения кривошипа с граблиной(Огр=8,0 - 8,6 с_1;продольная скорость движения платформы распределителя ио=0,04 - 0,042 м/с; расстояние между пальцев граблины tn=0,06 - 0,08 м.

При данных значениях параметров, оптимальные значение критериев равны: неравномерность заполнения бункера кормом 8з=5,8 %;степень уплотнения А.=1,96 - 2,0;энергоёмкость процесса заполнения бункерного раздатчика Ыэ=0,134 кВт/ч.

Для анализа степени влияния каждому из данных факторов на процесс заполнения бункера мобильного раздатчика кормов построены поверхности откликов (критериев оптимизации - Y0 и их сечения (рисунок 6). С помощью данных графиков можно наглядно проследить степень влияния Xi;X2 иХ3 на Yi, Y2 и Y3.

Рисунок 6 - Поверхности отклика Yi=f(Xi=0,00;X2;X3)—>min, Y2=f(Xi=0,30;X2;X3)->max, Y3=f(X1=-0,64;X2;X3Hmin и их сечения.

Область оптимальных значений для неравномерности заполнения достигается при стабилизации фактора Х1 = 0 (8 с'1) и значениях факторов Х2 (скорости движения платформы) в пределах от 0,036 м/с до 0,044 м/с и Хз (расстояния между пальцев граблины) в пределах от 0,052 м до 0,068 м.

Область оптимальных значений для степени уплотнения достигается при стабилизации фактора X! = 0,30 (8,6 с'1) и значениях факторов Х2 (скорости движения платформы) в пределах от 0,036 м/с до 0,040 м/с и Х3 (расстояния между пальцев граблины) в пределах от 0,028 м до 0,044 м.

Область оптимальных значений для энергоёмкости процесса заполнения достигается при стабилизации фактора Х1 = -0,64 (6,76 с'1) и значениях факторов Х2 (скорости движения платформы) в пределах от 0,044 м/с до 0,052 м/с и Хз (расстояния между пальцев граблины) в пределах от 0,060 м до 0,072 м.

Установлены зависимости пропускной способности распределяющего устройства (¿ру, а также энергоёмкости - Иэ от угловой скорости вращения граблин. Данные зависимости представлены на рисунке 7. Согласно представленной зависимости, пропускная способность распределяющего устройства увеличивается линейно с возрастанием <уг. В тоже время, с увеличением ()рус-нижается энергоёмкость процесса заполнения бункера мобильного раздатчика по экспоненциальной зависимости.

Рисунок 7. - Зависимости подачи распределяющего устройства (¿ру и энергоёмкости Ыэ от угловой скорости вращения кривошипа с грабли-ной - а>г: 1 - теоретическая, 2 - экспериментальная

В пятой главе «Производственная проверка результатов исследований, оценка их экономической эффективности и методика расчёта ТЛ приготовления и раздачи кормовых смесей КРС» определена экономическая эффективность применения предложенного устройства для равномерного распределения и уплотнения.

Производственная проверка результатов исследований (рисунок 8) проводилась в условиях фермы КРС хозяйств Амурской области.

Рисунок 8 - Общий вид распределителя-уплотнителя и кормораздающего агрегата на основе мобильного раздатчика: 1 - кормовой монолит после распределения и уплотнения; 2 - мобильный раздатчик КТУ-10; 3 -эстакада с направляющими; 4 - распределитель-уплотнитель; 5 - транспортёр, подающий массу в распределитель-уплотнитель.

На основании проведённых исследований получены результаты, которые использованы при разработке методики расчёта параметров линии приготовления и раздачи кормовых смесей КРС.

Общие выводы

1. На основании анализа литературных источников, а также практического опыта работы линий приготовления и раздачи кормовых смесейКРС, обоснованы возможность, необходимость и целесообразность использования в их составе специальных распределителей-уплотнителей платформенного типа;

2. В результате теоретического анализа факторов, влияющих на эффективность работы технологической линии приготовления и раздачи кормовых смесей КРС обоснованы условия оценки функционирования такой линии.

С учётом принятых допущений и методологических подходов получены аналитические выражения для определения:

- давления, обеспечивающего необходимую степень уплотнения кормового продукта в бункере мобильного раздатчика;

- неравномерности распределения корма в бункере;

- производительности процесса заполнения бункера с учётом степени воздухоотделения;

- параметров распределителя-уплотнителя платформенного типа;

3. Экспериментальным путём получены математические модели процесса заполнения бункера мобильного раздатчика кормов с помощью распределителя-уплотнителя, на основании которых определены оптимальные значения его параметров:

-угловая скорость вращения кривошипов - юг=8,0-8,6 с'1;

- продольная скорость перемещения платформы устройства - 1)о=0,04-0,042 м/с;

- расстояние между пальцев граблины - ^=0,06-0,08 м.

4. В ходе производственной проверки подтверждены результаты теоретического анализа и экспериментальных исследований.

На основе полученных данных обоснована конструктивно-технологическая схема технологической линии приготовления и раздачи кормовых смесей КРС, а также разработана методика её расчёта.

При этом установлено, что однородность смеси в бункере мобильного раздатчика на 5-7% выше уровня её значений, полученных в измельчителе-смесителе, а неравномерность выдачи корма КРС находится в пределах ±10-12%;

5. В результате сравнительной технико-экономической оценки разработанных технологических и технических решений установлено, что они позволяют для фермы КРС на 800 коров, за счёт исключения из состава TJI одного кормораздающего агрегата получить годовой экономический эффект в размере 2472274 рублей при лимитной цене распределителя-уплотнителя равной 52440 руб.(в ценах 2012 года), при сроке окупаемости 0,3 года.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ:

1.Каменев, C.B. Исследование эффективности работы линии приготовления и раздачи кормовых смесей / C.B. Каменев, С.М. Доценко, A.B. Бурма-га//Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2013.-№6. - С. 29-30.

2. Каменев, C.B. Методика расчета поточной линии приготовления и раздачи кормовых смесей жвачным животным / C.B. Каменев, С.М. Доценко, A.B. Бурмага //Научное обозрение, 2013,- №10,- С.213-219.

патентах РФ:

3. Пат. № 2515037 Российская федерация, МПК А01К5/00. Мобильный раздатчик кормов / С.В, Каменев, С.М. Доценко, A.B. Бурмага; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО ДальГАУ.-2013103732/13; заявл.28.01.2013; опубл. 10.05.2014. Бюл. №13. - 5с.:ил.

4. Пат. № 2518881 Российская федерация, МПК А01К5/02. Кормораздатчик / C.B. Каменев, С.М. Доценко, A.B. Бурмага, A.B. Якименко; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО ДальГАУ.-2013103731/13; заявл.28.01.2013; опубл. 10.06.2014. Бюл. №16. -6с.:ил.

5. Пат. № 2531227 Российская федерация, МПК А01К29/00, А01К5/00. Способ загрузки емкости мобильного раздатчика / C.B. Каменев,С.М. Доценко, A.B. Бурмага; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО ДальГАУ.-2013103574/13; заявл.25.01.2013; опубл. 27.07.2014. Бюл. №29. - 6с.:ил.

в других изданиях:

6. Каменев, С.В.Классификация и анализ устройств для распределения корма в ёмкости бункера мобильного раздатчика / C.B. Каменев, А.В Бурмага// Механизация и электрификация технологических процессов в сельскохозяйственном производстве: сб. науч. тр. ДальГАУ. - Благовещенск, 2013. - Вып. 20. - С.77-79.

7.Каменев, С.В.Анализ технологических схем послойного заполнения ёмкости бункера кормом мобильных раздатчиков //Материалы региональной

научно-практической конференции «Молодежь ХХ1века: шаг в будущее». Благовещенск, 22 мая 2013 г.).- Благовещенск: БГПУ, 2013.-Том 8,- С.124-125.

8. Каменев, С.В.Обоснование конструктивно-технологической схемы распределяюще-уплотняющего устройства //Материалы региональной научно-практической конференции «Молодежь ХХ1века: шаг в будущее». Благовещенск, 22 мая 2013 г.).- Благовещенск: БГПУ, 2013,-Том 8,- С.125-127.

9. Каменев, C.B. К определению мощности, затрачиваемой на уплотнение кормов в бункере раздатчика / A.B. Бурмага, C.B. Каменев //Международный научно-исследовательский журнал, 2013.-Ш 1(18). -Часть 1.-С. 108-110.

10. Каменев, C.B. Рекомендации по повышению эффективности функционирования системы механизированного кормления жвачных животных / C.B. Каменев,A.B. Бурмага, С.М. Доценко, A.B. Якименко. Благовещенск: ДальГАУ, 2013.-46 с.

11. Каменев, С.В,Экономико-математическая модель оценки линии загрузки и раздачи стебельных кормов/С.В. Каменев, А.В Бурмага// Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы в энергетике и средствах механизации АПК» (г. Благовещенск, 9 апреля 2014 г.). - ДальГАУ, 2014. - С. 167-170.

12. Каменев, C.B.Методика определения факторов, влияющих на процесс загрузки бункерного раздатчика кормов/С.В. Каменев//Материалы XV региональной научно-практической конференции «Молодежь ХХ1века: шаг в будущее». (Благовещенск, 22 мая 2014 г.).- Благовещенск: АмГУ, 2014,-Том 5.-С.84-85.

13. Каменев, C.B. Результаты исследования процесса заполнения бункера мобильного кормораздатчика/С .В. Каменев, Е.А. Шульженко //Материалы XVI региональной научно-практической конференции «Молодежь ХХ1века: шаг в будущее». (Благовещенск, 14 мая 2015 г.).- Благовещенск: АГМА, 2015,-Том 2,-С.85-87.

Автор выражает искреннюю благодарность ректору ДальГАУ доктору сельскохозяйственных наук, профессору П.В. Тихончуку и директору ФГУП «Садовое» С.Н. Шпилёву за помощь в организации проведения экспериментальных исследований и производственной проверки, а также доктору технических наук, профессору С.М. Доценко, доктору технических наук, профессору Ю.Б. Куркову, доктору технических наук, профессору |А.М. Емельянову! и доктору технических наук, профессору В.В. Самуйло за ценные советы и консультации по вопросам, решаемым в диссертации.

Лицензия ЛР 020427 от 25.04.1997 г. Подписано к печати 13.07.2015 г. Формат 60x90/16. Уч.-изд.л. - 1,0. Усл.-п.л. - 1,5. Тираж 100 экз. Заказ 114.

Отпечатано в отделе оперативной полиграфии издательства ДальГАУ 675005, г. Благовещенск, ул. Политехническая, 86