автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение качества смешивания кормов с обоснованием конструктивно-режимных параметров барабанного смесителя

На правах рукописи

ПЕТРОВА СВЕТЛАНА СТАНИСЛАВОВНА

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА СМЕШИВАНИЯ КОРМОВ С ОБОСНОВАНИЕМ КОНСТРУКТИВНО-РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ БАРАБАННОГО СМЕСИТЕЛЯ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

I

Пенза 2004

!

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Мялюткин Владимир Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Курочкин Анатолий Алексеевич кандидат технических наук, доцент Власов Алексей Александрович

Ведущая организация: ФГУ «Поволжская государственная

зональная машиноиспытательная станция» (ФГУ «Поволжская МИС»)

Защита состоится уЛд»^¿t^ftfcl 2004 года в УЗ. 00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.053.02 при ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: 440014, г. Пенза, ул. Ботаническая 30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия».

Автореферат разослан «S 2003!

Ученый секретарь

диссертационного совета ^ А.П. У ханов

з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современных условиях дороговизны комбикормов, приготавливаемых и реализуемых крупными специализированными заводами, становится актуальным производство их в самих хозяйствах. Технология получения и производительность оборудования определяются видом и числом животных, наличием собственной сырьевой базы.

В связи с тем, что стоимость кормов составляет 50% (для КРС) и 70% (для свиней) себестоимости животноводческой продукции, остро стоит проблема удешевления кормовой базы.

Поэтому для приготовления сбалансированных по питательной ценности рассыпных кормосмесей, уменьшающих перерасход кормов и их потери (за счет ликвидации непоедаемых остатков), большое внимание уделяется смесителям, которые должны обеспечить качественное смешивание компонентов корма в соответствии с предъявляемыми требованиями.

В настоящее время при создании нового поколения смесителей отдается предпочтение вращающимся смесителям. Преимуществами смесителей данного типа по сравнению со стационарными смесителями периодического действия любого типа являются: сокращение времени при выгрузке корма, полностью автоматизированный цикл очистки камеры, отсутствие застойных зон и трущихся деталей. Имеется возможность комбинировать некоторые типовые процессы, такие как применение пара для тепловой обработки, смешивание любых кормовых материалов, независимо от их формы, смешивание их в малых дозах. Самое главное преимущество -простота конструкции смесительного бункера.

В связи с этим исследования, направленные на разработку и создание барабанных смесителей периодического действия, являются перспективным направлением.

Настоящая работа выполнена на основе тематического плана ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» по научно-исследовательской работе: «Разработка проекта создания кормовой базы и сбалансированного кормления».

Цель работы - повышение качества смешивания с обоснованием конструктивно-режимных параметров барабанного смесителя.

Объект исследования - процесс смешивания кормов в барабанном смесителе.

Предмет исследования • - конструктивно-режимные параметры барабанного смесителя.

Научная новизна заключается в математическом описании процесса смешивания кормов барабанным смесителем, получены характеристики для определения качества смешивания барабанным смесителем в зависимости от

РОС ■ ' 1 Ы'АЯ

ь- 1 ЛА

( ■ и'ЬРГ

гоо&рк

конструктивно-режимных параметров и физико-механических свойств компонентов кормосмеси.

Практическая ценность работы. Использование разработанного образца барабанного смесителя позволило снизить расход корма до 20% за счет повышения качества приготовления кормосмеси, повысить среднесуточный прирост живой массы животного на 104 г по сравнению с базовым вариантом, что способствует увеличению продуктивности сельскохозяйственных животных.

Достоверность результатов работы подтверждается сравнительными испытаниями опытного и базового смесителя, использованием современных методов и технических средств исследований, а также результатами многофакторного эксперимента.

Реализация результатов исследований. Опытный образец барабанного смесителя для приготовления кормосмесей прошел производственные испытания, и внедрен в сельскохозяйственное предприятие «Северный ключ» Похвистневского района Самарской области

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях Самарской ГСХА (1999-2003 гг.) и Пензенской ГСХА (2002 г.)

Публикация. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 2 научные статьи без соавторов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка использованной литературы и приложений.

Работа изложена на 126 страницах машинописного текста, содержит 6 таблиц, 21 иллюстраций и 4 приложения. Список использованной литературы включает 103 наименования, из них 9 на иностранном языке.

Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

■ математическое описание процесса смешивания с теоретическим обоснованием конструктивных и режимных параметров барабанного смесителя периодического действия;

■ эмпирические зависимости качества смешивания от конструктивно-режимных параметров барабанного смесителя и физико-механических свойств кормосмеси;

■ конструкция рабочего органа барабанного смесителя.

На конструкцию рабочего органа получено положительное решение ФИПС на выдачу патента по заявке № 2002108301.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы и изложены основные научные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе «Состояние вопроса Цель и задачи исследования» приведен анализ существующих смесителей и процесса смешивания кормовых материалов, на основании чего уточнена классификация кормосмесителей и их рабочих органов, определено перспективное направление по совершенствованию технологического процесса смешивания кормов.

Исследованиями по обоснованию типа и параметров смесителя, а также изучением процесса смешивания занимались такие ученые как Левенсон Л.Б., Василенко П.М., Новобранцев Ф.К., Раскатова Е.А., Кулешов Н.И., Керимов С.Ф., Евдокименко И.К., Кохно В.А., Финкельштейн A.M., Кукта Г.М., Некрашевич В.Ф., Коба В.Г., Евсеенко C.B. и др.

С учетом анализа и классификации конструкций кормосмесителей предложена наиболее простая и рациональная схема барабанного смесителя периодического действия, которая создает предпосылки для повышения качества приготавливаемой кормосмеси

Проведенный анализ состояния вопроса позволил сформулировать цель исследования и наметить следующие задачи, для ее выполнения:

■ обосновать конструктивно-технологическую схему барабанного смесителя периодического действия;

• провести теоретические исследования процесса смешивания кормовых смесей барабанным смесителем с обоснованием его основных конструктивных и режимных параметров;

■ выполнить лабораторные исследования по оценке влияния конструктивно-режимных параметров барабанного смесителя на качество смешивания и определить их оптимальные значения;

■ провести производственные испытания барабанного смесителя и определить экономическую эффективность его использования.

Во втором разделе «Теоретические исследования процесса смешивания кормов барабанным смесителем» приводятся основные положения теоретических исследований, имеющиеся в работе.

Для оценки качества смеси введем понятие идеальной концентрации каждого компонента смеси

которая получается при равномерном распределении всей массы т, компонента по объему V, занимаемому смесью.

Отклонение концентрации ¡-го компонента от идеальной будем оценивать средним квадратическим отклонением

где интефирование производится по множеству в, объем которого равен V.

Если множество в разбить на п достаючно малых частей GJ равного объема, которые попарно не пересекаются, и выбрать произвольно точку

(2)

¡^ев), где 3= 1,2, . , п, то после замены интеграла в выражении (2) соответствующей интегральной суммой, получи приближенное равенство

Ум

п п

Рисунок 1 - Схема смесителя

Таким образом, из соотношения (2) и (3) следует приближенное равенство для среднего квадратического отклонения

I ——

^¿М^К.о] ■ (4)

Качество смеси по отношению к ¡-му компоненту будем определять коэффициентом вариации

100а,

(5)

Предположим, что после загрузки компонентов в смеситель начальная концен фация ¡-ого компонента

с, (<>,*)= ¡К' еСЛИХ€С3' (6)

Ф если хев/в,,

где У,Н О,! - объем той части барабана в,, которую занимает I компонент.

Таким образом, компоненты загружаются в барабан без предварительного перемешивания, поэтому концентрация ¡-ого компонента в области равна максимально возможной величине, поскольку вся масса ш, этого компонента сосредаточена в области в,, объем которой равен V,. На основании формул (2), (4), (6) получим

if-,

СД 1 / с «7,

Таким образом, начальное значение среднего квадратического отклонения ¡-й компоненты смеси равно

(7)

где c,i0= m/V - идеальная концентрация ¡-го компонента, m/V, -максимальная возможная концентрация i-го компонента.

Пусть барабан смесителя (рис.1) вращается с угловой скоростью cd, с'1. В результате хаотического перемешивания частиц компонентов во внутренней полости барабана происходит выравнивание концентрации. Тогда величина среднего квадратического отклонения концентрации 1-го компонента определяется формулой (7).

Механизм смешивания смеси имеет вероятностный характер. Поэтому построение адекватных моделей, учитывающих физические законы взаимодействия частиц, чрезвычайно затруднительно. По этой причине Сфоят эмпирические модели, когда в основу определения коэффициентов модели закладывают экспериментальные данные.

Как известно, перенесения результатов на соответствующие физические процессы возможно только при выполнении критериев подобия. Прежде чем говорить о выборе эмпирической модели, определим параметры смесителя и компонентов смеси, которые будем учитывать при построении модели.

Сам смеситель будем характеризовать следующими параметрами (рис.1):

(, т Do, Ц (8)

где t — время вращения барабана смесителя с угловой скоростью со; Dg -диаметр барабана; Le - длина барабана.

Отметим, что размерность этих параметров соответственно равны: [t] = с. [а] = с', [DJ = м, [Ц] = м.

Далее, выделим среди к компонентов смеси какой-то один. Остальные (к-1) компонентов будем называть средой. Компонент определяется тремя параметрами

ä0,P„,m0. (9)

Среду будем характеризовать также только тремя параметрами:

d^ Pap тср, (10)

Размерность этих параметров:

fdj = м, [pj ~ кг/м3, [mj = кг; [dcp] = м, [pip] =кг/м3, [тср] = кг.

В реальных условиях в качестве параметров среды, можно брать некоторые средние параметры частиц среды.

Какие-либо другие физические свойства компонента или среды не учитываются.

Следовательно, определяющими параметрами эмпирической модели являются следующие величины:

(о. Da, L^ d„ ра та dcp pcp, mcp, V. Эффективность смешивания компонентов кормосмеси зависит от следующих основных безразмерных отношений:

A, (11)

тС Pep ¿CP V6 h

а также безразмерное произведение

tw. (12)

Отметим важность параметра в,, поскольку эксперименты показывают, что с уменьшением в/ процесс смешивания затрудняется.

Обозначим через ег среднее квадратическое отклонение концентрации компонента, которое определяется для некоторой последовательности моментов времени ta /,, t2, ..., где to=0, t0<ti<t2<~, таких, что числа

—г-=т. являются целыми. Переменную г = —- будем называть 2 я 2 я

безразмерным временем.

v

Отметим, что параметр вА = — называют коэффициентом заполнения.

Практика показывает, что этот коэффициент, как правило, находится в пределах:

О,3<04 <0,6

Перейдем теперь к вопросу эволюции (кинетики) среднего квадратического отклонения сг в зависимости от безразмерного времени г и других параметров смесителя.

Для возрастающей последовательности безразмерного времени к}. " = 0.1.....N

последовательность средних квадратических {<т(тп)}, п = 0, 1, ., N является монотонно убывающей.

Поэтому можно предположить, что

*Л (13>

где коэффициент удовлетворяет неравенству 0 < Я(т„,в)<1 и зависит

от векторного параметра в = (0,,02,...,0Г), г=5, координаты которого определяются равенствами (И). Кроме того, коэффициент К зависит и от безразмерного времени г„.

Поскольку среднее квадратическое отклонение сг, как следует из (13) должно зависеть и от векторного параметра 9, то будем явно указывать эту зависимость в виде <г(г„,0).

Таким образом, в качестве эмпирической модели эволюции средней квадратической погрешности концентрации компонента принимается разностное уравнение:

а(т^,9)=Я(т„,в),а(т„,9) (И)

а(0,в)=ао, (15)

где начальная величина <т„определяется по формуле:

. .н

где с0 = V - объем, который занимает компонент и среда; У0 - объем

компонента. Так как

Я(т„, в) ■ Л(тпЧв) ■ ...Л( 0, в)=Ч{х„,в) (17)

Решение задачи (14), (15) имеет следующий вид

„(Т пял

Близость к нулю говорит о качестве смешивания

Остается выбрать вид функции с/(т,в). Если предположить, что функция д{т,в) зависит гладко от векторного параметра в, то в окрестности фиксированного значения параметра функции q{т,в) приближенно является линейной относительно координат вектора 9. Это следует из формулы Тейлора для функции нескольких переменных. Поэтому можно считать, что функция д{т,9) имеет следующий вид:

1-1

где г=5, у0(т), ..., уг(т) - функции, которые зависят только от безразмерного времени т.

Итак, эмпирическая модель эволюции среднего квадратического отклонения определяется разностным уравнением (14) с начальным условием (15), (16), при этом функция д(т,9) имеет вид (19), а коэффициент я(т„,£?) равен

(20)

Функции у0{тп)> уХгЛ —• уАт„) определяются по результатам опытных данных, поэтому указанная модель и называется эмпирической.

В третьем разделе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложены программа, общая и частная методики экспериментальных исследований, дано описание объектов исследований и экспериментальной установки.

Программой предусматривалось проведение лабораторных и производственных испытаний с решением следующих вопросов: изучить физико-механические свойства кормосмеси; определить влияние основных факторов на качество приготовляемого корма; обосновать оптимальные значения конструктивно-технологических параметров барабанного смесителя с использованием планирования многофакторного эксперимента.

При проведении лабораторных и производственных испытаний руководствовались РД 10.19.2-90 «Испытание сельскохозяйственной техники. Машины и оборудования для приготовления кормов. Методы испытания» и ГОСТ 27262-87, «Программой и методическими рекомендациями по созданию цехов и поточных линий для приготовления комбикормов в хозяйствах».

В четвертом разделе «Результаты экспериментальных исследований» представлены основные результаты лабораторных и производственных экспериментов, дан их анализ.

В ходе исследования установлено, что компоненты, входящие в кормосмесь (для исследований принималась двухкомпонентная кормосмесь, состоящая из пшеницы и ячменя), по своим физико-механическим свойствам имеют примерно равные показатели, их соотношения т,/тс^; pJpcp; £/</«4р-близки к 1, что способствует улучшению качества смешивания.

Оценка качества смешивания барабанным смесителем периодического действия осуществлялась путем определения коэффициента вариации V.

В ходе проведения экспериментов, установлены зависимости качества смешивания от частоты вращения барабанного смесителя, коэффициента заполнения и времени смешивания.

При анализе графических зависимостей и сопоставления полученных данных, можно сделать вывод, что смешивание происходит впервые 4 мин, а далее наблюдается обратный процесс. Это связано с тем, что первые две минут после процесса смешивание носило конвективный характер, затем *

смешивание осуществлялось за счет явлений диффузии и после 4 минут уже наблюдается явление сегрегации. При увеличении коэффициента заполнения коэффициент вариации растет, что влечет за собой снижение качества I

смешивания. Так как с увеличением коэффициента заполнения площадь распределения компонентов кормосмеси по всему объему смесителя уменьшается, и процесс смешивания затрудняется. С увеличением частоты вращения коэффициент вариации уменьшается, более 18 мин'1 разница в качестве получаемой кормосмеси незначительна.

V, %

25 20 1 5 10

♦ 9 = 0,3 и ф = о , 4

Л <р = 0,5

X Ф = 0,6

42 <Л 20

Рисунок 2 - Влияние частоты вращения на качество смешивания

► П = 1 2 Мин" I п = 1 4 мин'

30

25 20 15 1 0 5 0

д. п = 1 6 мин" X п = 1 8 мин Ж п = 20 мин"

0,3

0,4

0,5 0,6 Ф

Рисунок 3 - Влияние степени заполнения на качества смешивания

v, % 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

♦ п = 12 мин"1

■ n = 1 4 мин"1

A n = 16 мин"1

X n = 18 мин"'

ж п=20 мин"1

0,5 1 2 3 4 5 6 t, мин

Рисунок 4 - Влияние времени смешивания на качество кормосмеси при ф=0,3

Исходя из анализа полученных данных, можно сделать вывод, что наилучшее качество смешивания, в соответствии с зоотехническими требованиям, достигается при частоте вращения 14. ..18 мин"', коэффициенте заполнения 0,3...0,5 и времени смешивания 2...4 мин.

Для оценки конструктивно-технологических параметров барабанного смесителя в комплексе на качество приготовляемого корма и с целью их оптимизации реализован полный факторный эксперимент 23.

Обработка экспериментальных данных проводилась с использованием электронных таблиц Microsoft Excel 2000. В результате получили следующее уравнение регрессии:

у = 5,6 - 3,42*, - 1,8*2 +1,72*3 + °'6xi2 ~ °>5*п + U + + 0,55*2 +0,55*j,

где X/, х2, X) - факторы, характеризующие время смешивания, частоту вращения, коэффициент заполнения.

Все расчеты, связанные с построением поверхностей откликов, проведены с применением программы Mathcad.

Анализируя полученные поверхности откликов, можно сделать выводы, что наилучшие показатели по качеству смешивания были достигнуты при частоте вращения барабанного смесителя 18 мин"1, коэффициенте заполнения 0,3 и времени смешивания 3,8 мин.

Коэффициент вариации, характеризующий качество смешивания, составил 3,46%.

Рисунок 5 - Двухмерные сечения поверхности отклика при п=18 мин"'

Для проверки теоретических исследований, были проведены расчеты по формулам (14-20). Полученные теоретические показатели представлены в виде диаграммы (рис. 7). Анализируя влияние безразмерного времени при различных конструктивно-режимных параметров смесителя на качество смешивания, можно сделать вывод, что наилучшее качество смешивания наблюдается на участке где т=47,4 (<=4 мин и я=18 мин'1) и #=0,3- Это говорит о том, что экспериментальные значения согласуются с расчетными данными.

«/М

0,45

18,4 1 8.4 23,7 23,7 36,9 36,9 47.4 47,4 х Рисунок 7 - Теорешческие показатели функции q, определяющие эволюцию среднего квадратического отклонения, от безразмерного времени т при П - 0=0,5; ■ - 0=0,3

На основании теоретических и лабораторных исследований был изготовлен опытный образец барабанного смесителя.

Экспериментальный смеситель (рис. 8) имеет горизонтально расположенный цилиндрический барабан I, вращающийся на четырех опорных роликах, закрепленных на раме. Внутри барабана закреплены две одинаковые лопасти 3, 4. На центральных концах лопастей 3, 4 выполнены желоба 6, 7, внутри которых расположен шнек 8, направление витков которого в одном желобе противоположно их направлению в другом. Лопасти 3, 4 установлены по разные стороны шнека.

Смеситель работает следующим образом. Корма загружаются через загрузный люк 5. Смешивание происходит при вращении барабана 1 и зафиксированном относительно него вале 11. Выгрузка корма осуществляется через открытые люки 9, 10 при вращении барабана 1 и зафиксированном вале 11. Приводом служит электродвигатель мощностью 2,8 кВт, передающий вращение через редуктор с помощью гибкой передачи на ведущие ролики.

Рисунок 8 - Схема ■экспериментального бардблнною смесителя

Производственную проверку режимов процесса смешивания кормосмеси проводили в хозяйстве «Северный ключ» Похвистневского района Самарской области с использованием экспериментального барабанного смесителя и смесителя С-6. В качестве исследуемой смеси использовалась кормосмесь, принятая хозяйством для свиней.

Определение качества смешивания кормов определялось по общепринятой методике. После взятия проб на качество смешивания осуществляли рачдачу готовой кормосмеси.

Анализ полученных данных показал, что качество смешивания барабанного смесителя выше в 1,8 раз, чем у смесителя С-6.

В пятом разделе «Технико-экономическая эффективность использования экспериментального барабанного смесителя» приводится технико-экономический расчет, показывающий, что за счет повышения качества приготовляемой кормосмеси, уменьшается расход кормов, увеличивается суточный привес свиней. Использование барабанного смесителя позволило получить экономический эффект 9750 тыс. руб при сокращении затрат на единицу продукции.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволяют сделать следующие выводы.

1. На основании анализа процесса смешивания и конструкций смесителей для приготовления сбалансированных кормосмесей установлено, что перспективным направлением совершенствования смесителей является создание вращающихся смесителей периодического действия. Разработан барабанный смеситель (положительное решение на выдачу патента по заявке №2002108301), позволяющий повысить качество смешивания кормовых смесей.

2. Теоретические исследования процесса смешивания барабанным смесителем позволили получить формулы для определения качества

смешивания барабанным смесителем в зависимости от его конструктивно-режимных параметров и показателей физико-механических свойств кормосмеси.

3. Экспериментальные исследования барабанного смесителя позволили установить:

" основные факторы, влияющие на качество кормосмеси (частота вращения,

время смешивания, коэффициент заполнения); ■ оптимальные конструктивно-режимные параметры барабанного смесителя:

I As

4acroia вращения и-18 мин ; время смешивания t-4 мин; —— = 1,7 и

¿д

коэффициент заполнения (»=0,3, при которых наблюдается наилучшее

качество смешивания (коэффициент вариации v=3,46%).

4. Производственные испытания барабанного смесителя показали, что смеситель обеспечивает качество смешивания в соответствии с установленными зоотехническими требованиями, коэффициент вариации составляет 5,6%, что в 1,8 раз выше по сравнению с базовым вариантом (С-6). Применение барабанного смесителя периодического действия за счет повышения качества кормосмеси позволяет снизить расход корма до 20%. Суточный привес составил 624 г на одно животное, по сравнению с контрольной группой 520 г. Экономический эффект за откормочный период составляет 9750 тыс. руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Петрова СС, Милюткин В А., Новиков В.В. Экспериментальная установка по исследованию аммонизации соломы // Энерго-ресурсосбережение в механизации сельского хозяйства: Сб. науч. тр. / СГСХА. - Самара, 2000. -С.133-135

2. Петрова С.С. Анализ способов и средств аммонизации соломы // Актуальные агроинженерные проблемы АПК- Сб. науч тр. Поволжской межвузовской конференции — Самара, 2001. — С.223-225.

3. Петрова С.С., Милюткин В.А., Петров A.M. Обоснование конструктивно-технологической схемы смесителя кормов Н Совершенствование машиноиспользования и технологических процессов в АПК: Сб. науч. тр. Поволжской межвузовской конференции. - Самара, 2002. — С.320 - 321.

4. Петрова С.С., Милюткин В.А., Петров A.M. Теоретический анализ процесса перемешивания компонентов кормосмеси // Проблемы развития машинных технологий и технических средств производства сельскохозяйственной продукции: Сб. науч. тр. — Пенза, 2002. — С. 208.

5. Петрова С.С. Определение функциональных параметров модели смешивания по результатам экспериментов // Вестник МГАУ. - М., 2003.

6. Петрова С.С. Методика определения показателей процесса смешивания // Современные технологии, средства механизации и техническое обслуживание в АПК: Сб. науч. тр. Поволжской межвузовской конференции. — Самара, 2003. -С. 57-60.

Сдано в набор 08.12.2003 г. Подписано в печать 08.12.2003 г. Формат набора 60x84 1/16 Бумага офсетная. Печать офсетная. Объем 1,0 у.п. л. ОАО «СамВен-Кинель». Заказ № 2441. Тираж 100.

Y

РНБ Русский фонд

2006-4 1609

i

i i

i

; ~ 2 г ш

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Полнорационные смеси - основа рациональной технологии кормления животных.

1.2. Классификация и анализ смесителей кормов.

1.3. Анализ процесса смешивания кормовых материалов.

1.4. Цель и задачи исследований.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА СМЕШИВАНИЯ КОРМОВ БАРАБАННЫМ СМЕСИТЕЛЕМ.

2.1. Основные обозначения.

2.2. Определение начальных значений средних квадратических отклонений.

2.3. Закон больших чисел и механизм смешивания компонентов смеси.

2.4. Эмпирическая модель эволюции среднего квадратического отклонения концентрации смеси.

2.5. Определение функциональных параметров модели по результатам экспериментов.

2.6. Проверка значимости эмпирической модели процесса смешивания.

2.7. Общая организация экспериментальных исследований.

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Программа экспериментальных исследований.

3.2. Методика лабораторных исследований.

3.3. Исследование влияния физико-механических свойств кормосмеси и конструктивно-технологических параметров барабанного смесителя на качество смешивания.

3.4. Методика многофакторного планирования.

3.5. Методика экспериментальных исследований в производственных условиях.

3.6. Обработка опытных данных.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Результаты исследований влияния физико-механических свойств ^ кормосмеси и конструктивно-технологических параметров барабанного смесителя на качество смешивания.

4.2. Влияние параметров смесителя на качество смешивания.

4.3. Результаты производственных исследований.

4.4. Выводы по разделу.

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО БАРАБАННОГО СМЕСИТЕЛЯ.

Крупнейшим резервом повышения продуктивности в животноводстве является применение высокоценных, полнорационных комбинированных кормов. В предыдущие годы в Советском Союзе предпочтение отдавалось централизованным поставкам комбинированных кормов для животноводческих комплексов.

В современных условиях дороговизны комбикормов, приготавливаемых и реализуемых крупными специализированными заводами, становится актуальным производство их в самих хозяйствах. Технология получения и производительность оборудования определяются видом и числом животных, а также наличием собственной сырьевой базы.

В связи с тем, что стоимость кормов составляет 50% (для КРС) и 70% (для свиней) себестоимости животноводческой продукции, остро стоит проблема удешевления кормовой базы.

Поэтому для приготовления сбалансированных по питательной ценности рассыпных кормосмесей, уменьшающих перерасход кормов и их потери (за счет ликвидации непоедаемых остатков), большое внимание уделяется смесителям, которые должны обеспечить качественное смешивание компонентов корма в соответствии с предъявляемыми требованиями.

Применяемые конструкции смесителей сыпучих кормов не в полной мере удовлетворяют требованиям, предъявляемым к качеству приготавливаемых смесей, в связи с многообразием факторов, влияющих на смешивание сыпучих компонентов. Оборудование работает с большими затратами, продолжительное время, с использованием ручного труда при загрузке и выгрузке кормов, что вызывает повышение себестоимости произведенного продукта.

В настоящее время при создании нового поколения смесителей большое внимание уделяется вращающимся смесителям. Преимуществом смесителей данного типа является: сокращение времени при выгрузке корма, полностью автоматизированный цикл очистки камеры, отсутствие застойных зон и трущихся деталей. Имеется возможность комбинировать некоторые типовые процессы, такие как применение пара для тепловой обработки, смешивание любых кормовых материалов, независимо от их формы, смешивание в малых дозах. Самое главное преимущество - простота конструкции смесительного бункера [6, 25, 29, 49, 99].

В связи с этим, разработка и создание барабанного смесителя периодического действия является перспективным направлением.

Настоящая работа выполнена на основе тематического плана, утвержденного Ученым Советом ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» по научно-исследовательской работе: «Разработка проекта создания кормовой базы и сбалансированного кормления» и посвящена повышению качества смешивания кормосмесей барабанным смесителем периодического действия.

На основании выполненных исследований на защиту выносятся следующие научные положения: математическое описание процесса смешивания с теоретическим обоснованием конструктивных и режимных параметров барабанного смесителя периодического действия; эмпирические зависимости качества смешивания от конструктивно-режимных параметров барабанного смесителя и физико-механических свойств кормосмеси; конструкция рабочего органа барабанного смесителя.

Диссертационная работа выполнена в ФГОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» в 1999.2003 годах.

6. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволяют сделать следующие выводы.

1. На основании анализа процесса смешивания и конструкций смесителей для приготовления сбалансированных кормосмесей установлено, что перспективным направлением совершенствования смесителей является создание вращающихся смесителей периодического действия. Разработан барабанный смеситель (положительное решение на заявку №2002108301), позволяющий повысить качество смешивания кормовых смесей.

2. Теоретические исследования процесса смешивания барабанным смесителем позволили получить формулы для определения качества смешивания барабанным смесителем в зависимости от его конструктивно-режимных параметров и показателей физико-механических свойств кормосмеси.

3. Экспериментальные исследования барабанного смесителя позволили установить: основные факторы, влияющие на качество кормосмеси, это частота вращения, время смешивания, коэффициент заполнения; оптимальные конструктивно-режимные параметры барабанного смесителя: частота вращения «=18 мин"1; время смешивания /=4 мин и

114 Вб коэффициент заполнения <р= 0,3, — = 0,6, при которых наблюдается б наилучшее качество смешивание (коэффициент вариации ^=3,46%).

4. Производственные испытания барабанного смесителя показали, что смеситель обеспечивает качество смешивание в соответствии с установленными зоотехническими требованиями, коэффициент вариации составляет 5,6%, что в 1,8 раз выше по сравнению с базовым вариантом (С-6). Применение барабанного смесителя периодического действия за счет повышения качества кормосмеси позволило снизить расход корма до 20%. Суточный привес составил 624 г на одно животное, по сравнению с контрольной группой 520 г. Экономический эффект за откормочный период составил 9750 тыс. руб.

1. A.c. 1140745 (СССР) Устройство для приготовления кормов / А .Я. Зотов, Н.Е. Салмин и И.Н. Буканов. Опубл. в Б.И., 1985. - №7.

2. A.c. 1261617 (СССР) Смеситель запарник / В.И. Салихов и В.П. Белов. -Опубл. вБ.И., 1986. -№37.

3. A.c. 526345 (СССР) Запарник кормов / В.В. Потапов и др. Опубл. в Б.И., 1976.-№32.

4. A.c. 656611 (СССР) Кормозапарник / Д.Р. Чуриков и др. Опубл. в Б.И., 1979.-№14.

5. A.c. 721072 (СССР) Смеситель запарник / B.C. Ким. Опубл. в Б.И., 1980. -№10.

6. Аблаутов В.М. Исследование процесса смешивания кормов в барабанных смесителях на комплексах к.р.с.: Дис. канд. техн. наук. Саратов, 1977.

7. Адлер Ю.П., Маркова Е.П., Грановский Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976.

8. Алешкин В.Р., Рощин П.М. Механизация животноводства. М.: Агропромиздат, 1985. - 335 с.

9. Андреев П.А. Рациональное использование техники в животноводстве. М.: Росагропромиздат, 1991.

10. Ю.Арнольд В.И. Математические методы классической механики. М.: Наука, 1989.-472 с.11 .Беляевский Ю.И., Скорик В.К. Эффективность кормления коров полнорационными смесями. // Молочное и мясное скотоводство. № 3. 1982.

11. Большев Л.Н. Таблицы математической статистики. М.: Наука, 1983. - 416 с.

12. Боярский Л.Г. Исследования по технологии приготовления и использования полнорационных кормосмесей. // Животноводство. № 2. - 1972.

13. Боярский Л.Г. Производство и использование кормов. М.: Росагропромиздат, 1988. -223 с.

14. Василенко П.М. Некоторые вопросы теории вибрационных процессов. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. № 3. - 1962.

15. Василенко П.М. Теория движения частиц по шероховатой поверхности сельскохозяйственных машин. Киев: УАССХ, 1960.

16. П.Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: Колос, 1973. - 199 с.

17. Горский В.Г., Бродский В.З. Регрессионный анализ при композиционном планировании второго порядка специального вида. М.: Изд-во АН СССР, 1970. - № 8 (45).-С. 1-35.

18. ГОСТ 13586.3-83. Зерно. Правила приемки и методы отбора проб. // Зерновые, зернобобовые и масличные культуры: Часть 2. — М.: Издательство стандартов, 1990.-С. 102-113.

19. ГОСТ 27262-87. Корма растительного происхождения. Методы отбора проб. М.: Издательство стандартов, 1987. - 9 с.

20. ГОСТ 8.207-78. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения.

21. Дегтерев Г.П. Справочник по машинам и оборудованию для животноводства. (2-е изд., перераб. и доп.) М.: Агропромиздат, 1986. - 224 с.

22. Денисов A.M. Методика лабораторных испытаний кормоприготовительных машин. // Науч. тр. / ВИЭСХ. 1964. - Вып. 14.

23. Дудин В. Качество смешивания важный этап в нашем производстве. // Комбикорма. - № 4. - 2002. - С. 25.

24. Евдокимов И.К. Исследование работы лопастного кормосмесителя для откорм, ферм КРС: Дис. канд. техн. наук 1967.

25. Евсеенков C.B. Повышение эффективности процесса смешивания компонентов сыпучих кормов: Дис. докт. тех. наук. Челябинск, 1994.

26. ЗО.Зедгинидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем. М.: Наука, 1976. - 390 с.31.3ельнер В.Р., Коноплев Е.Г. Приготовление и использование полнорационных кормов в промышленном животноводстве. М.: ВНИИНИСХ, 1971.

27. Ильин И.В. Направления развития техники для животноводства и кормопроизводства // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2002. -№12. - С.2-7.

28. Калашников А.П. Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных. М.: Агропромиздат, 1986. - 352 с.

29. Калашников А.П., Мысик Б.С. Научные основы увеличения производства и повышения качества мяса. // Животноводство. № 8. - 1980.

30. Керимов С.Ф. Исследование процесса смешивания в двухвальном горизонтальном кормосмесителе при приготовлении смеси влажных кормов: Дис. канд. техн. наук. 1972.

31. Клычев Е. Направления в развитии комбикормовых технологий // Комбикорма. № 3. - 2000. - С. 15.

32. Коба В.Г., Брагинец Н.В., Мурусидзе Д.Н., Некрашевич В.Ф. Механизация и технология производства продукции животноводства. М.: Колос, 2000. -525 с.

33. Коновалов В.В. Расчет оборудования и технологических линий приготовления кормов. Пенза, 2002. - 207 с.

34. Корбанев C.B. Определение основных параметров измельчителя-смесителя кормов. // Техника в сельском хозяйстве. 2003. - №1. - С.38-39.41 .Кормановский Л.П. Обоснование системы технологий и машин для животноводства. М., 1999.

35. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1973. - 831 с.

36. Кохно В.А. Критерии качества смешивания кормов. М.: Колос, 1968.

37. Кремер Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Юнити-Дана, 2000. - 543 с.

38. Кукта Г.М. Машины и оборудование для приготовления кормов. М.: Агропромиздат, 1987. - 303 с.

39. Кукта Г.М., Голосов Л.И. Наиболее вероятное состояние смесей. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. № 6. - 1974.

40. Кукта Г.М., Губко И.И., Коврига В.В. Методика определения технологических и эксплутационных показателей машин и оборудования для приготовления кормов. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. Киев, 1973.

41. Кулаичев А.П. Методы и средства анализа данных в среде Windows "Stadia". M.: Информатика и компьютеры, 1999. - 344 с.

42. Кулаковский И.В., Кирпичников Ф.С., Резник Е.И. Машины и оборудование для приготовления кормов. М.: Россельхозиздат, 1987. - Ч. 1. - 287 с.

43. Кулаковский И.В., Кирпичников Ф.С., Резник Е.И. Машины и оборудование для приготовления кормов. М.: Росагропромиздат, 1988. - Ч. 2. - 286 с.

44. Кулешов Н.И. Исследование процесса вибросмешивания кормовых материалов: Дис. канд. тех. наук. 1975.

45. Левенсон Л.Б. Барабанные грохоты, их теория, расчеты проектирования. -М.; Л., 1933.

46. Макаров Ю.И. Аппараты для смешивания сыпучих материалов. М.: Машиностроение, 1973. - 215 с.

47. Мельников C.B. Механизация и автоматизация животноводческих ферм. -Л.: Колос, 1978.- 560 с.

48. Мельников C.B., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. Л.: Колос, 1980. - 167 с.

49. Методика (основные положения) экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: ВНИИПИ, 1986. - 56 с.

50. Механизация приготовления кормов: Справочник. / Под ред. В.И. Сыроватка. М.: Агропромиздат, 1985. - 368 с.

51. Морозов Н.М. Приоритетные направления создания техники для механизации животноводства // Техника в сельском хозяйстве. 1998. - №5. -С. 3-5.

52. Мудров А.Г. Усовершенствованный смеситель комбикормов // Техника в сельском хозяйстве. 1983. - № 4. - С. 9.

53. Новик Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. М.: Машиностроение, 1980. - 304 с.

54. Новобранцев Ф.К. Экспериментально-теоретическое исследование работы смесителя кормов: Дис. канд. техн. наук. 1967.

55. Нормативно-справочные материалы для экономической оценки сельскохозяйственной техники: Приложение к ГОСТу 23728-88-23730-88 «Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки». М.: УНИИТЭМ Госкомсельхозтехники СССР, 1988. - 328 с.

56. Оборудование фирмы БкюЫ на российском рынке. // Комбикорма. №1. -2001. - С.38-41.

57. Панин И., Щеблыкин В. Эффективная система дозирования и смешивания -залог высокого качества. // Комбикорма. №1. - 2000. - С. 33.

58. Программа и методические рекомендации по созданию цехов и поточных линий для приготовления комбикормов в хозяйствах. М.: ВНИИЭСХ, 1973.-60 с.

59. Радченко Г.Е. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий протекания процесса. Горки, 1978. - 70 с.

60. Раскатова Е.А. Исследование процесса образования сыпучих смесей в кормоприготовлении и его механизация: Дис. к.т.н. М., 1956.

61. РД 10.19.2.-90. Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и оборудование для приготовления кормов. Методы испытания. 80 с.

62. Рожкова Т.К., Соколов В.Н. Современное оборудование кормоцехов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1990. - № 11. - С. 1719.

63. Руденко Н.Р., Потапова М.И. Методические указания по разработке технологических карт в животноводстве. Кинель, 1986. - 53 с.

64. Руденко Н.Р., Потапова М.И., Зубкова В.А. Справочно-нормативные материалы для экономических расчетов конструктивных разработок курсовых и дипломных проектов. Кинель, 1987. - 55 с.

65. Рыжков С. Новые разработки по приготовлению комбикормов и кормовых смесей в хозяйствах. // Комбикорма. №7. - 2000. - С. 22.

66. Рыжов C.B. Комплекты оборудования для животноводства: Справочник. -М.: Агропромиздат, 1986. 345 с.

67. Саломатин Г. Каким должен быть смеситель. // Комбикорма. № 8. - 2000. -С.27-28.

68. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками. Л.: Химия, 1975. -373 с.

69. Строна И.Г. Общее семеноведение полевых культур. М.: Колос, 1966.

70. Сысуев В.А. Энергосберегающие машины и оборудование для кормоприготовления: Исследования методами планирования эксперимента. -Киров, 1999.-293 с.

71. Теория вероятностей. / Под ред. Вентуель Е.С. М.: Наука, 1969. - 576 с.

72. Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки новой техники на этапе испытаний. ОСТ-10. Новокубанск, 1997. - 76 с.

73. Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки. ГОСТ 23728-88, ГОСТ 23730-88. М.: Издательство стандартов, 1988. - 42 с.

74. Типовая методика определения качества смешивания кормов. М.29.055-87.

75. Тихомиров В.Б. Математические методы планирования экспериментов при изучении нетканых материалов. М.: Легкая индустрия, 1968. - 159 с.

76. Токарева А.Н. Совершенствование технологического процесса многофункционального агрегата со смесителем мотовильно-шнекового типа: Дис. канд. тех. наук. -Зерноград, 2001.

77. Уланов И.А. Исследования технологического процесса приготовления смесей из грубых и сочных кормов: Дис. канд. техн. наук.- 1965.

78. Физико-механические свойства растений, почв и удобрений: Методы исследования, приборы, характеристики. М.: Колос, 1970. - 424 с.

79. Финкельштейн А.Ш. Исследования рабочего процесса смесителя с планетарно-шнековым механизмом: Дис. канд. техн. наук 1970.

80. Финкелыитейн А.Ш. Методика изучения физико-механических свойств кормов. М., 1960.

81. Шатуновский Г.М. Технологичность конструкций и экономическая эффективность сельскохозяйственных машин. М.: Машгиз, 1962. - 443 с.

82. Шмельмах Л.И. Исследование процесса смешивания кормов в лопастных смесителях периодического действия: Дис. канд. техн. наук. 1974.

83. Щеблыкин В. Качество комбикормов результат использования эффективного оборудования // Комбикорма. - №3. 2002. - С. 17.

84. Щеглов В.В., Боярский Л.Г. Корма: Справочник. М.: ВО Агропромиздат, 1990.-255 с.

85. Ashton M.D., Valentin F.H. The mixing of Powdess and Partrcules in industriol mixess. // Thrans, Instn, Chem Engug. Vol. 44. - 1976.

86. Brothman, Wollan, Felgman. // Chem and Not Eng Val. Vol.52. № 4. - 1945.

87. Fehlauer M. Hinweise zur Entwiklung und zum Betrieb von Futtermischen. // Agrartechnik. 1990. - № 9. - S. 398-400.

88. Gerighausen H. G. Mischgualitat keine Frage des Systems. // Profi magazin für agrartechnik. - № 3. - 2000.

89. Hojechsytz D. Porberg Rotating Mixers. // Profi magazin für agrartechnik. №2. -2001.

90. Paddewellenmischer ais einfache Mechanisierungsmittel zum kontinuierlichen Mischen. // Agrartechnik. 1990. - № 12. - S. 323-325.

91. Pirkelmann H. Einmaleins der Technik. // Agrar Praxis. 1984. - №7. - S.40-42.

92. Valchar. Theoreticol anaiesis ina mult-Stage fluid Bedreastos. // Brit chem Enging. Vol.10. № 8. - 1965.

93. Valentin F.H. Mixing of powderis and porticulate solids. // Chem and procest Enging. Vol.46. № 4. - 1975.