автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование машин и технологических линий приготовления и раздачи кормов на молочных фермах и комплексах

:> Г5 ' Л "

? ■

Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени Государственный аграрный университет

На правах рукописи

ЗАВРАЖНОВ Анатолий Иванович,

кандидат технических наук, профессор

УДК 631.363

ООЬ ЁНСТВОВАНИЕ МАШИН ■л ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛИНИЙ ПРИГОГО: ПЕНИЯ И РАЗДАЧИ КОРМОВ НА МОЛОЧНЫХ ФЕРМАХ И КОМПЛЕКСАХ

Специальность 05.20.01 -механизация сельскохозяйственного производства

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора технических наук в форме научного доклада

У

Ленинград - Пушкин к,* 1991 г.

V о

Работа выполнена о Целиноградском сельскохозяйственном институте и Пяо доовощном институте имени И. В. Мичурина в 1970-1991 годы

Официальные оппоненты:

КАРТАШОВ Л. П. - заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор техни ческих наук, профессор;

НЕКРАШЕВИЧ В. Ф. - доктор технических наук, профессор;

ВАГИН Б. И. - доктор технических наук, профессор.

Ведущая организация - научно-производственное объединение «Целинсельхоз-механизация».

Защита состоится «. 1991 года в « ^^ » час. на засе-

дании специализированного совета Д. 12Ci.37.04 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук в Ленинградском ордена Трудовогс Красного Знамени государственном аграрном университете по адресу: 189620, г. Пушкин, Ленинградской обл., Ленинградское шоссе, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ленинградского ордена Трудового Красного Знамени агроуниверситета. * / . <

Диссертация в форме научного доклада разослана « ^ » Ъ/>.

1991 г. :

Ученый секретарь специализированного совета Д. 120.37.04.

оминич А. В.

| ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

г Актуальность проблемы. Важнейшее условие успешного развития животноводства - создание прочной кормовой базы. Совершенствование технологии заготовки, приготовления и хранения кормов, применение более совершенных машин и оборудования позволяют переработать в качественный корм практически весь биологический урожай большинства сельскохозяйственных культур.

Одно из основных условий рационального использования кормов - сбалансированность рационов по основным питательным веществам, протеину, макро- и микроэлементам, витаминам и др., что позволяет повысить эффективность использования кормов животными на 15.-.20%. При этом в рационе животных должно находиться большое количество кормовых компонентов, каждое из которых требует различной технологии подготовки, использования разных машин, составления из них такой технологической линии, ко-_ торая позволила бы пол учить кормовую смесь, удовлетворяющую всем потребностям животных при минимальных затратах. Однако существующие методы определения потребности в кормах и составления рационов учитывают только количество компонентов и содержание в них питательных веществ. В процессе подготовки кормов к скармливанию значительно изменяется их питательность, переваримость, усвояемость, поедаемость. Эти факторы необходимо принимать во внимание при расчетах потребности в кормах и обосновании применяемой технологии.

В кормоприготовлении необходимо использовать не только традиционные технологии, но и такие, как, например, механическое фракционирование зеленых растений, при котором можно получать протеиновый концентрат из сока и качественный силос из жома. Последнее особенно важно для районов страны с «коротким летом» и свеклосеющих районов. Так, в северных областях Казахстана из-за погодных условий не всегда качественным получается сипос из кукурузы, а в свеклосеющих районах не используетс$Г ботва сахарной свеклы, имеющая высокие питательные качества. Поэтому необходима разработка технологии и машин для снижения влажности исходного сырья, обработки полученного сока и получения протеиновой пасты.

Весьма важным является комплектование кормоприготовитель-нь1х цехов таким оборудованием, чтобы качество получаемых кормовых смесей отвечало зоотехническим условиям, а обработка была экономически выгодна. Существующие кормоприготовительные цехи не всегда обеспечивают возможность выпуска корма с заданными свойствами. При этом нужно учитывать, что на одинаковых операциях возможно использовать однотипные машины с разными технико-экономическими показателями. Выбор комплекта машин является многовариантной задачей, в которой принимаются во внимание приведенные затраты на приготовление единицы корма и

транспортирование сырья и готовой продукции. Капитальные вложения как на строительство нового или реконструкцию существующего здания, так и на приобретение.оборудования должны оправдываться получаемым доходом. Поэтому целесообразно предложить типоразмер кормоцехов, учитывающий обслуживаемое поголовье животных и их продуктивность.

Раздача кормов является заключительной и одной из ответственных операций в кормопоточных линиях, правильная организация которой позволяет повысить продуктивность животных и снизить затраты живого труда и средств. В настоящее время для раздачи кормов на молочных фермах и комплексах используется большой набор различных по конструктивному исполнению машин. Каждый тип машины и организация ее работы определенным образом влияют на организм животных. Это может происходить за счет изменения микроклимата помещения, в котором содержатся животные, нарушения технологического режима и качества выполнения данной операции. Поэтому необходимо разработать методику проектирования технологических линий раздачи, учитывающих названные факторы и на создание которых требуются минимальные затраты. ,

Постановка и проведение исследований по данным направлениям весьма актуальны, так как позволяют рекомендовать наилучшую технологию использования кормового сырья, ведут к повышению продуктивности животных и снижению затрат на приготовление и раздачу.

Исследования, на основе которых подготовлена данная диссертация, выполнялись в Целиноградском сельскохозяйственном институте (1970-1984 гг.) и Плодоовощном институте имени И. В. Мичурина. (1985-1991 гг.) в соответствии с Государственными научно-техническими программами, утвержденными Государственным Комитетом по науке и технике Совета Министров СССР, - 0.51.04 (1976-1980 гг.), 0.51.21 (1981-1985 гг.) и ведомственными координационными планами по решению научно-технических проблем: ВО ВАСХНИЛ (проблема 12, шифр 12.85) - 1981-1985 гг., Всероссийское отделение ВАСХНИЛ (0.51.03. К02) - 1986-1990 гг.

Цель и задачи исследований. Цель исследований - повышение эффективности использования кормов на молочных фермах и комплексах на основе разработки: а) методов оптимизации рационов и методики проектирования технологических линий приготовления, учитывающих изменение питательных качеств кормов в процессе переработки; б) теоретических основ интенсификации процесса фракционирования и методов технологическрго проектирования машин для механического обезвоживания зеленых растений и обработки полученного сока; в) методики проектирования технологических линий раздачи кормов с учетом нарушения технологического режима и качества выполнения этого процесса.

Задачи исследований: - разработать основные положения составления оптимальных

>ационоо для различных половозрастных групп животных с учетом юпользуемой технологии и мпшин;

- установить закономерность действии вибрации рабочих органов эазличной конструкции на растительную зеленую массу при ее техническом обезвоживании; выявить основные факторы, влияющие <а процесс разделения сока зеленых растений и получение протеиновой пасты;

- разработать основные положения технологического проентиро-зания цехов для приготовления прессованных и влажных рассыпных чормосмесей, учитывающих изменение питательности кормов в процессе переработки, объем производства и структуры технологической и строительной частей;

- разработать методику проектирования технологических линий эаздачи кормов, учитывающую нарушения технологического режима и качество выполняемого процесса;

- создать и исследовать экспериментальные образцы установок для фракционирования зеленой растительной массы и получения протеиновой пасты;

- создать и исследовать теянологичес.чие линии приготовления и раздачи кормов;

- предложить рекомендации по проектированию и технологическому расчету кормоцехоз и кормораздаточных линий, машин для фракционирования зеленых растительных кормов.

Научная нопизна. Научную новизну работы составляют:

- усовершенствованная экономико-математическая модель и разработанный алгоритм оптимизации рационов, учитывающие влияние технологических процессов на изменение питательных качеств кормов в процессе переработки, так как существующие методы расчета кормовых ресурсов совместно с принимаемыми ограничениями учитывают в основном только количество кормов и их питат-тельные свойства и не учитываются такие факторы, как капитальные вложения, система грузоперемещения, технологические операции и используемые машины, что не позволяет выбрать технологию переработки кормов, наилучшим образом отвечающую потребностям животных и требованиям производства;

- разработанные на базе методов теории распознавания образов алгоритмы для классификации сельскохозяйственных I объектов (кормоцехов), что позволяет разделить большое количество разнообразных цехов на однородные группы и для каждой из них предложить рекомендации по их совершенствованию;

- обоснование методов повышения эффективности механического обезвоживания зеленой растительной массы за счет приложения вибрации к рабочим органади машин (теоретически установлено, что причиной низкой производительности установок и высоких затрат энергии на выдавливание жидкой фракции при постоянных нагрузках являются образующиеся внутри массы тромбы, разрушающиеся после снятия нагрузки, с учетом чего определены оптимальные ре-

жимы нагружений и конструкций установок);

- усовершенствованные математические модели и созданны алгоритмы расчетов технологических пиний и цехов приготовлена прессованных кормов и влажных кормовых смесей, учитывающи затраты на приготовление единицы корма, транспортировку сырья готовой продукции, возможность использования на одноименны операциях машин с разными технико-экономическими данными, из менение питательной ценности компонентов кормосмеси в процес сс обработки, размер капитальных вложений на строительство цех по ожидаемому уровню продуктивности коров и величины полу ценного дохода, соотношение затрат на строительные работы и при обретение и монтаж оборудования, что позволяет определит типоразмерный ряд кормоцехов, определить коэффициенты готов ности отдельных участков линии кормоприготовления и оптималь ные объемы бункеров и накопителей кормов;

- усовершенствованная математическая модель и созданные ал горитмы расчетов технологических линий раздачи кормов, рассмат риваемая как биотехническая система, учитывающая влияние соста ва линии на качество выполнения процесса раздачи, машин - н микроклимат в помещении для содержания животных, а в качеств« критерия оптимизации зоотехнических допусков принят минимул потерь, включающий в себя потери продуктивности коров и потер! корма; предложена математическая модель, учитывающая факто ры влияния на продуктивность коров: уровень кормления, темпера тура воздуха в коровнике, сдвиг времени кормления; закономер ности влияния и роль бункеров в работе кормораздаточных линий « учетом режима работы и применяемых средств.

Практическая ценность работы. Предложенные в диссертацт принципы моделирования и оптимизации технологических лини» приготовления и раздачи кормов являются научной основой созда ния кормопоточных линий на молочных фермах и комплексах:

- на основании разработанной экономико-математической модели рассчитаны оптимальные рационы для различных групп животных, исходя из имеющихся кормовых ресурсов и принятой технологии обработки кормов; предложены рекомендации по определению потребности кормового сырья (культуры и посевные площади) и приобретению техники, наилучшим образом отвечающие качеству переработки кормов и минимальной стоимости рациона;

- в результате исследований процессов механического обезвоживания растительной зеленой массы разработана техническая документация и методы инженерных расчетов шнековых и ленточных прессов, комбинированной центрифуги для получения пасты протеинового концентрата;

- сформулированы теоретические предпосылки к расчету технологических линий приготовления прессованных и рассыпных кормовых смесей и составлены на основании этого модели и алгоритмы расчетов, позволяющие выбрать комплект машин, при котором

триведенные затраты являются минимальными, а качество кормов мвечает предъявляемым требованиям; предложены рекомендации то комплектованию кормоцехов для приготовления сухих влажных ■сормосмесей, построены графики и номограммы, по которым в за-зисимости от продуктивности животных можно обосновать необходимость строительства цеха и определить размер капиталовложе-чий;

- предложены рекомендации по обоснованию структуры и со-:тава машин, учитывающих качество выполнения технологического троцесса и влияния, оказываемого на организм животных; произведены расчеты оптимальных технологических линий раздачи кормов цля молочных ферм с поголовьем от 2G0 до 1200 коров при содержании их в различных по архитектурно-планировочному решению зданиях;

- с использованием основных положений и выводов диссертации разработаны рекомендации по рациональному использованию кормовых ресурсов, выбору комплекта машин для приготовления и раздачи кормов, проектированию и расчету машин для фракционирования зеленых растений;

- изданы учебные пособия, включающие теоретические положения и практические результаты данной работы.

Таким образом, материалы исследований, полученные в процессе подготовки диссертации, используются в производстве, что дает народному хозяйству экономический эффект, и способствуют повышению качества подготовки специалистов сельского хозяйства.

Реализация результатов исследований. Результаты многолетних исследований изложены в книгах и учебных пособиях для сельско» ■ хозяйственных вузов: «Краткий справочник механизатора-животновода» (Алма-Ата, Кайнар, 1975, 1 1,5 п. л.), «Технология механизированного приготовления кормов» (Алма-Ата, Кайнар, 1976, 6,4 п. л.), «Механизация перевозки и раздачи кормов» (Алма-Ата, Кайнар, 1980, 6,3 п. л.), «Практикум по экономике для студентов факультета механизации сельского хозяйства» (М., Колос, 1976, 10,14 п. л.), «Основы инженерных методов расчета в животноводстве» (Целиноград, 1979, 3,0 п. л.), «Производство и приготовление кормов в Северном Казахстане» (Целиноград, 1979, 5,0 п. л.), «Технологическое проектирование ферм и комплексов» (Алма-Ата, Кайнар, 1982, 14,9 п. л.), «Механизация приготовления и хранения кормов» (М., Агропромиздат, 1990, 22,4 П. л.), «Проектирование производственных процессов в животноводстве» (М., Агропромиздат, 25 п. л.) и др.

Результаты исследований вошли составной частью в «Рекомендации по технологии заготовки кормов для хозяйств Целиноградской области» (1972), «Рекомендации по экономической эффективности животноводства в Северном Казахстане» (1973), «Рекомендации по системе ведения сельского хозяйства Тургайской области» (1978), «Рекомендации по системе ведения сельского хозяйства Целиног-

радской области» (1980), «Рекомендации по возделыванию кормовых культур, заготовке и приготовлению кормов в ЦелиноградскоГ области» (1978), «Рекомендации по увеличению производства и повышению качества грубых и сочных кормов в хозяйствах Целиноградской области» (1982), «Рекомендации по обоснованию мощности, расположению цехов и выбору машин для приготовления формованных кормов» (1982), «Рекомендации по выбору оптимальных поточных технологических линий раздачи кормов на молочных фермах и комплексах Целиноградской области (1984) и др.

Предложения, разработанные аатором и с его участием по проектированию кормоприготосмтсльмых цехов и линий раздачи кормов, использованы зональным головным Государственным проектным институтом «Целингипросельхоз»; результаты исследований по разработке шнекового пресса приняты для использования при разработке комплекта оборудования по производству протеинового концентрата из зеленых растений Головным экспериментально-конструкторским институтом по машинам для переработки травы и соломы (ГЭКИ, г. Вильнюс), а техническая документация по проектированию ленточного пресса и центрифуги для получения протеинового концентрата принята ОПКБ с ЭП ЦНИПТИМЭЖ и Проблемой научно-исследовательской лабараторией РИСХМа для изготовления указанных машин.

При непосредственном участии автора проектировались и строились кормоцехи и животноводческие помещения в различных хозяйствах областей Северного Казахстана.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работь докладывались на научно-технических советах МСХ КазССР (Алма-Ата, 1980, 1982) Годичных собраниях ВО ВАСХНИЛ, на научно-производственных конференциях СибНИПТИЖ (Новосибирск, 1976), СибИМЭ (Новосибирск, 1976, 1978), Ленинградского СХИ (Ленинград, 1974, 1978, 1987, 1990),ЧИМЭСХ (Челябинск, 1973, 1976, 1980, 1984), Целиноградского СХИ (Целиноград, 1972-1984 гг.), научных объединенных технических советах сельскохозяйственных учреждений Целиноградской области (Целиноград, 1978, 1982, 1984; Арка-лык, 1979).

Основные материалы исследований обобщены.в 13 монографиях и учебных пособиях, рекомендованных для обучения студентов сельскохозяйственных вузов, общим объемом более 125 п. л. и 103 работах объемом около 90 учебно-издательских листов. Две книги -«Справочных механизатора-животновода» и «Зоогигиена б животноводческих комплексах» - переизданы на казахском языке. Получено 7 авторских свидетельств на изобретения.

Общая методика исследовании. В качестве предмета исследований использовались экспериментальные и серийные машины и установки для приготовления и раздачи кормов, на базе которых комплектовались технологические линии; различные кормовые смеси и

составляющие их компоненты; коровы красной степной и черно-пестрой пород.

Программой предусматривалось решение следующих задач;

- выснигь физико-механические свойства кормовых материалов и их влияние на процессы переработки различными рабочими органами машин и установок для приготовления и раздачи кормов;

- найти адекватность разработанных математических моделей и технологических линий приготовления и раздачи кормов;

- определить адекватность разработанных математических моделей и теоретических предпосылок по обоснованию конструктивно-технологических схем, параметров и режимов работы шнековых и ленточных прессов и комбинированной центрифуги для получения протеиновой пасты;

- проверить в производственных условиях качество функционирования экспериментальных и опытных установок и технологических линий.

Для проведения экспериментальных исследований были созданы специальные стенды и установки для определения: плотности и прочности кормовых брикетов; влагсудерживающей способности коагулята; удельного объемного сопротивления осадка и сопротивления фильтрующей перегородки; коэффициентов трения кормовых материалов и осадка; влияния вибрации на процессы разрушения клеточной структуры растений и выделения сока из растительной массы и др.

Показатели работы технологических линий определялись непос-родстоенно на действующих предприятиях. При этом с полнощью хронометража фиксировались все затраты фонда рабочего времени: работа и простои как технического, так и организационного характера. Определялись количество перерабатываемого сырья по видам и кормосмеси в целом, расход пара, воды, химических реагентов, топлива, электроэнергии и др. Для определения расходсз энергии использовались изготовленные измерительные стенды.

Энергетические показатели (энергетическая ценность) кормов и кормовых смесей определялись с помощью калориметрической бомбы 9-09-11 по количеству тепла, образуемого при сжигании. Кроме прямых определений использовались и расчетные методы определения валовой энергии по методике П. В. Демченко.

В процессе исследований были использованы методы теории распознавания образов, рационального планирования экспериментов, методы оценки качества кормов и кормового сырья, его питательности и биохимического состава.

Использовалась современная тензометрическая аппаратура дл:) проведения экспериментов и средства вычислительной техники для обработки полученных результатов.

На scex этапах исследований проводилось математическое моделирование процессов, установок, лоточных технологических линий. Составлялись модели, с помощью которых исследовалось влияние

различных факторов, их уровней варьирования и определялись наилучшие варианты их функционирования.

Под руководством автора при выполнении отдельных разделов приняли участие аспиранты Вильгельм Я. Я., Троцкий ф. Э., Шнель-бах И. К., Черлявский А. И., Абдыров А. М., Пимкин С. А., Коровин В. В., Николаев В. П. Всем им автор приносит искреннюю благодарность.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Современная механизированная технология производства продукции на молочных фермах и комплексах включает ряд операций, объединяемых в отдельные поточные линии. Основными из них являются приготовление и раздача кормов, доение и первичная обработка молока, уборка и утилизация навоза и др. С точки зрения системного подхода можно выделить подсистемы, обеспечивающие нормальное функционирование животного (приготовление и раздача кормов, подъем воды и поение, создание микроклимата, ветери-нарно-санитарное обслуживание) и подсистемы получения и переработки продукции (молока, навоза) {1,2].

Самой сложной и требующей наибольших затрат является подсистема производства, приготовления и раздачи кормов. Так, по расчету в комплексе на 1200 коров по типовому проекту № 801-315 на нее приходится 41,8% от всех затрат. В структуре себестоимости молока в хозяйствах северных областей Казахстана 33...35% затрат составляют затраты на корма в структуре себестоимости мяса -40...50%. В Центрально-Черноземной зоне эти затраты составляют 35...41 и 46...52% соответственно. Поэтому уменьшение стоимости приготовленных кормов, улучшение их использования за счет правильного составления рационов и организации раздачи, повышения питательности, усвояемости приведет к значительному снижению себестоимости животноводческой продукции. Однако существующая система производства и приготовления кормов на фермах и комплексах не удовлетворяет предъявляемым требованиям, гак как она подвержена различным возмущающим воздействиям и недостаточно учитывает многие факторы, в том числе изменение материального потока продуктов, наличие компонентов рациона животных.

На материальные потоки действуют различные случайные процессы, они изменяются по составу и количеству. Это требует перестройки- схемы технологического процесса производства и приготовления, при которой изменяется производительность оборудования, ухудшаются его технико-экономические показатели, что приводит к повышению затрат на единицу животноводческой продукции. Отсюда ясно, что весьма актуальным является создание гибкой технологической схемы приготовления и использования кормов, позволяющей всесторонне учитывать большинство факторов и наилучшим об-

азом использовать технологическое оборудование. Это в первую чередь возможно при объединении всех технологических процес-ов в лоточную линию, т. е. при организации системы взаимосвязан-ых мобильных и стационарных машин, в определенной последова-ельности обрабатывающих и передающих кормовое сырье [3].

Технологию производства и раздачи кормов можно представить

виде структурной схемы, в которой производственный процесс, ак сложная система, состоит из ряда подсистем, непосредственно вязанных одна с другой [4].

В первую очередь необходимо рассмотреть процесс составления >ационов, при котором учитывалось бы наличие в* хозяйствах определенного количества и качества компонентов, применяемых техно-огических процессов и машин. При этом кормовая смесь должна довлетаорять всем потребностям животного при минимальных за-ратах на ее изготовление.

Наиболее сложной с позиций обоснования и решения задачи оп-имизации является определение наилучшей технологии в кормоп-»иготовительных цехах. Большое разнообразие проектов, учет зо-альных особенностей, конкретные условия использования требуют 'боснованного метода нахождения лучшего решения. Наибольшее >аспространение получили цехи двух типов: прессованных кормов и лажных кормовых смесей. Технологические линии в этих цехах начительно отличаются друг от друга. Поэтому рассмотрение этих |бъектов целесообразно проводить отдельно [5,6].

Особое место в кормоприготовлении занимает технология меха-1Ического фракционирования зеленых растений, которой при проецировании необходимо уделить большое внимание.

Заключительным этапом технологии приготовления и использова-1ия кормов является раздача, на качество которой оказывает влия-|ие большое число факторов.

С учетом этих особенностей диссертация включает общую харак-еристику работы, результаты исследований, изложенные в семи >азделах, выводы и предложения производству и список основных |убликаций, подготовленных автором.

1. Использование методов распознавания образов для классификации кормоцехов

В настоящее время в хозяйствах получили распространение два ипа цехов: влажных кормовых и сухих прессованных (брикетиро-анных и гранулированных) смесей.

Как показала практика, цехи влажных кормовых смесей целесо-бразно иметь на каждой ферме, цех прессованных кормов - один а все хозяйство, или даже как межхозяйственное объединение.

Прессованные смеси включают до 20... 60% зернофуража, Ю...60% грубых кормов и до 30% витаминно-травяной муки, а так-ке необходимые минеральные и другие добавки. В рационе

молочного скота прессованные кор'ла доставляют 2Ь...30% Пигатал! ностн. Поэтому целесообразно иметь два типа цехов: цех прессе ванных кормов и цех влажных кормовых смесей.

Причем типовые проекты цехов влажных кормовых смесей ь нашли широкого применения. Например, в северных областях К. захстана такие цехи составляют 3,6% от всех построенных. Как пр. вило, технологические схемы таких кормоцехов сложны, расходы ^ их строительство велики, загр<иы труда на приготовление корме большие, качество низкое и зачастую не удовлетворяет зоотехник сг,им требованиям. К тому же они не учитывают экономических природно-климатических особенностей конкретных хозяйств и виде применяемых ими кормов.

Работа каждого из кормоцехов оценивается .множеством показ, телей. Поэтому с целью проведения анализа их работы необходим провести группировку всей системы корм<зцехов в однородные ( некоторым параметрам группы, выделить в них типовые (средни . «представители», определить параметры их функционирования, г которым возможно с некоторой достоверностью судить о функци< нировании всей системы, а также принимать конкретные решени распространяющиеся на всю систему. Для этого необходимо лр менить теоретический аппарат, позволяющий получить указаннь результаты [7].

Решение этой задачи было проведено в рамках теории раепозн вания образов. Суть этой теории заключается в том, что каждый I объектов рассматриваемой системы, характеризующей' некоторым количес1вом (п) признаков, берется как точка А^ гт-ме] ного пространства признаков

- I Кг > у •• •• Хп. /,

^ ш х, (О

где ¡-номер объекта, ал , , . . п. - набор его признаков.

Далее, а пространство признакоа вводится некоторая метрика (А, В), то есть правило вычисления расстояния между точками А В. Степень похожести объектов А и В отождествляется с рэсстоян ем между изображаемыми эти объекты точками п-мерного пр странства признаков (А, В) (чем больше расстояние между точк ми А и В, тем меньше похожи друг на друга соответсвующие об екты).

В результате можно получить объективную количественную о нову для вывода о похожести или непохожести объектов: чем бол ше похожи друг на друга, например, два кормоцеха А и В, тс меньше отличаются их признаки {ХНА/} (К~ 12. /I

и тем меньше расстояние между ними I. (А, В), принимаемое качестве количественной меры непохожести двух рассматриваем{ объектов.

Тлкчм образом, задача о группировке кормоцехов в однотипные руппы становится чэстмим случаем абстрактной математической задачи о группировке точен, некоторого п-мерного пространства в руппы близких точек и далее может решаться чнею математически разумеется, с использованием ЭВМ, т. к. объем вычислений оказы-ается достаточно велик). Для решения .»■ой задачи был разработан ; реализован на ЗЗМ алгоритм классификации кормоцехов по про-раммзм классификация многомерных объектов в оптимальное !исло групп методом минимизации меры тесноты связи групп с уче-ом весовых коэффициентов [В].

В основу классификации бы пи положен™ 12 признаков, характеризующих показатели кормоцехсс: «ид обрабатываемых кормов, ехнологические линии, производительность, обслуживающий пер-:снал, площадь здания, установленная мощность оборудования и другие.

В результате решения получена классификация объектов по группам, значение тесноты связи внутри групп, между группами и выделены значения признаков типовых [средних) представителей групп.

Анализ решения показал, что кормоцехи, расположенные по всех природно-хозяйственных зонах Целиноградской и других областей Северного Назахс1ана и имеющие различные технико-экономические показатели, классифицированы по одиннадцати группам. Причем в группы сходит различное количество цехов (от 3 до 17).

Наибольшее распространение получили простейшие кормоприго-товмтельные, имеющие всего две линии (грубы* кормоь и силоса с последующим смешиванием), и кормоцехи с наличием большого количества линий (грубых кормов, сочных, концентрированных и др.), включающих сложные уехнологические операции: измельчение. тепловую и химическую обработку, дозирование и т. п.

Как показывает опыт, такие цехи влажны/ смесей необходимо иметь в каждом отделении совхоза, на каждой ферме. Транспортировать ¡акие корма из большие расстояния нецелесообразно, т. к. при этом ухудшается их качество или они замерзаю: [9, 10].

Кроме цехоз влажных кормовых смесей целесообразно иметь цехи гранулированных и брикетированных кермоз, которые могут служить добавкой с основному рациону [11].

Анализ технологий существующих о Казахской ССР и в стране, предприятий по производству прессованных кормосмесей и типовых проектов таких объектов проводился, по разработанной автором программе. Все исследуемые цехи и заводы были сгруппированы в пять групп. .

Наиболее многочисленными являются цехи. третьей и четвертой групп (соответственно 40,7 и 25%). Прессованные.умести в них готовят из отходов полеводства (соломы, половы), .искусственно обезвоженных кормов и концентратов. Технология приготовления гранул и брикетов в цехах четвертой группы отличается... от технологии

третьей тем, что один из компонентов (концентраты или витаминно травяная мука) готовится отдельно и доставляется в приемны« бункеры. Остальные операции одинаковые. Возможности эти; цехов большие. Корма можно готовить круглый год из различны) компонентов при сравнительно невысоких затратах на приготовление и хранение.

На основании анализа структуры кормоцехов всех рассматренны; групп, существующих и перспективных способов обработки кормов, применяемых технологических линяй все операции подготовки кормов можно представить в виде обобщенной схемы технологического процесса [5]. В цехах для приготовления сухих прессованных и влажных рассыпных кормосмесей могут присутствовать все приведенные линии по обработке компонентов, но в линиях прессованных кормов обязательно должны находиться операции сушки и прессования. Эти корма, как и отдельные их компоненты, могут храниться длительное время, транспортироваться на большие расстояния, всс процессы с ними легко поддаются механизации и автоматизации. Поэтому в процессе оптимизации таких цехов целесообразно определить емкости различных бункеров-накопителей, находить наилучшее решение по составлению технологических линий, определить место расположения цеха на территории хозяйства или даже района [12].

При оптимизации цеха влажных кормовых смесей целесообразно определить не только состав технологических линий, но и наилучшее соотношение между стоимостью машин и оборудования и вложениями на строительство цеха, изменение качества кормов в процессе их переработки и, как следствие, целесообразность строительства цеха в зависимости от обслуживаемого поголовья и его продуктивности [13, 14].

При рассмотрении технологии механического обезвоживания зеленых растений наибольшее внимание следует уделить таким менее изученным процессам, как отжим сока из зеленой массы, его очистка, тепловая коагуляция, разделение сока (фракционирование) на протеиновый зеленый концентрат (пасту) и коричневый сок. Для указанных процессов необходимо разработать и исследовать соответствующее оборудование.

2. Оптимизация рационов с учетом технологических процессов обработки кормов

В отличие от технологических линий, используемых в промышленности, поточные линии в животноводстве включают различные виды животных, которые определяют режим их работы, налагают ограничения. Одним из основных ограничений яляется создание, рациона, соответствующего возрасту, продуктивности животных применяемой технологии их содержания.

Кормовые' ресурсы на ферме создаются, исходя из наличия ^зе-

мельных угодий, поголовья и вида животных, потребности в питательных веществах и т. п. Как показали исследования, основными компонентами рациона для крупного рогатого скота, например в северных областях Казахстана, являются зеленая масса трав, сено, сенаж, силос, солома, фуражное зерно, корнеклубнеплоды и др. Однако общее количество компонентов в кормосмесях достигает нескольких десятков, каждый из которых требует различной технологии подготовки, применения разных машин, составления из них такой линии, которая позволила бы получить кормовую смесь, удовлетворяющую всем потребностям животного при минимальных затратах. Поэтому одним из направлений исследований является разработка методики составления оптимального рациона.

Существующие методы расчета кормов (Кравченко Р. Г., Нефедова Э. С., Шумова Д. И., Карпенко А. Ф., Низов Н. С. и др.) предусматривают решение различных частных задач: распределение наличного объема кормов между разными производственно-возрэ-стными группами скота; составление рационов кормления каждой группы; определение потребности в покупных кормах или кормовых добавках (витаминных, химических веществах и т. п.) и др. Одним из главных недостатков существующих методов является отсутствие учета используемых машин и изменение свойств кормов в процессе обработки.

В качестве основы для метода расчета рационов, учитывающего систему технологических операций приготовления полнорационных кормов на молочных комплексах, предлагается следующая экономическая модель [1, 15].

В качестве функции рассматривается стоимость суточного рациона с учетом затрат на приготовление кормов по изученным технологиям и зоотехнических требований

/Г

Т с<*1Х1—/п£п* 11]

где К С - количество кормового сырья, приготавливаемого по - ой технологии

С. С= % + Сс2. [2]

с . '

стоимость единицы сырья;

СI - стоимость приготовления единицы сырья в корм по £- й технологии и транспортировки его от места хранения сырья до кормушки;

- коэффициент повышения питательности ¿-го корма

(учитывает влияние технологии на изменение свойств корма).

При нахождении ¿"^необходимо учитывать стоимость каждой машины, занятой на приготовлении корма по^-й технологии, амортизационные отчисления, стоимость топлива или электроэнергии, потреб-

ляемой машиной за время работы, заработную плату людей, обслуживающих эти машины. В С/ вошли также* транспортные расходы по доставке сырья с места хранения то ь кормоцех и траиспортров-ке готовых кормов на комплекс или ферму.

0»личие рассматриваемой модели от ранее предложенных состоит в том, что б ней заложена возможность сравнения различных технологий и используемых машин. Выбирая различные опероцчи обработки кормов и машины, можно определить такую технологию, догорая будет тоебо&ато наименьших гатрат, а приготовленные сме-С1 - отвечать зоотехническим требованиям.

Функцию £ ребуется дли ним чзирозат;, при следующих огра-

ничениях: ' д

- I /

где - индекс вида сырья (номер столбца);

] - индекс О! раничений (номер строки); (¿¿,< - содержание ]-го питательного вещества г. единице ¡-то БИДЯ сырья;

Ц! - минимально допустимое количество ] - гс питательного вещества б рационе;

¿}j - максимально допустимое количество ]-го питательного вещества в рационе;

- минимально допустимая норма сырья 1-го вида ь рационе;

- максимально Еоэл<*ожная норма сырья ¡-го вида з рационе.

В качестве основных для включения ь рацион нужно рассматривать различные виды кормового сырья, з т. ч. сено (различных видов), солому, сенаж, силос кукурузный, кормовую свеклу, тыкву, концентрированные корма, овес, ячмень, картофель и др.

С сырьем возможно проведение различных технологических операций, в т. ч. измельчение, смешивание, запаривание, прессование (брикетирование, гранулирование), химическая обработка.

Модель учитывает возможность включения добавок в виде ами-до-кониентратных добавок (АКД), карбамида, соли, витаминов, минеральных добавок и т. п.

Ограничения производятся по семнадцати элементам, в т. ч. сухому веществу, кормовым единицам, переваримому протеину, клетчатке, безазотисто-экстрзктивным веществам, каротину, микром макроэлементам, минеральным кормам и др.

В процессе расчетов использовались детализированные нормы кормления коров. Содержание питательных веществ в кормах .

лось по результатам анализов кормов.

Для определения К£ использовались опытные;, данные, полученные в результате исследований или опубликованные в печати^о вопросам приготовления и поедаемости кормо&Ь ■ ■

14 • .К- Г.:?'--.

Решение этой задачи доведено до конкретных программ [1, 15].

Таким образом, по предлагаемой модели возможно подбирать оптимальные варианты рационов для различных групп животных (исходя из имеющихся кормовых ресурсов). Данный рацион позволяет минимизировать затраты на подготовку корма животных, а значит, на себестоимость сельскохозяйственной продукции с учетом рассчитанной системы машин.

На основании разработанной экономико-математической модели можно определить, сколько потребуется всего кормовых ресурсов для заданного количества животных, и предложить технологию их переработки [16].

3. Оптимизация цэха приготовления прессованных кормов

8 цехах для приготовления сухих прессованных смесей в отличие от цехоз влажных смесей технологический процесс больше отвечает требованиям промышленного производства: там более стабильная работа оборудования, меньше изменений режимов его работы [17, 18].

Поэтому порядок расчета и оптимизации линий кормоприготов-ления рассмотрим на примере технологической линии приготовления гранулированных (брикетированных) кормов.

В качестве примера рассмотрим линию, включающую следующие операции и машины: доставку зеленой массы в промежуточный бункер-накопитель, дополнительное измельчение на измельчителе «Волгарь - 5» (может быть введено механическое фракционирование вместо измельчения), сушка, дозирование, смешивание, гранулирование (брикетирование), охлаждение и траспортирование в бункер-накопитель.

Основными составляющими технологических линий являются перерабатывающие машины, различные транспортирующие устройства и бункеры-накопители. Поэтому расчет необходимо вести при различных комбинациях этих устройств [19].

Одним из наиболее распространенных участков кормопоточной линии является участок, включающий две машины и накопитель между ними.

3.1. Определение емкости бункеров-накопителей

При расчетах технологических линий необходимо учитывать влияние остановки каждой машины не только на действительную производительность машины, ко и на всю линию. Причем производительность технологической линии зависит не только от структурной схемы компоновки, но и надежносги отдельных машин и всей ПТЛ.

Существующие методы расчета надежности технологических линий кормоприготовительных предприятий (Сыроватка В. И., Зем-сков В. И.) в основном учитывают использование стационарных

электрифицированных машин. Однако в кормоприготовлении пр» меняются и мобильные машины, что вызвано особенностями прои: водства продукции животноводства и условиями работы машин.

Так как транспортные средства имеют определенный объем кузова, то в технологических линиях необходимо иметь накопители. При расчете поточных линий, в которых участвуют мобильные машины, режим работы участков погрузки и доставки кормов можно рассматривать как прерывно-поточный; емкости выполняют роль накопителей-питателей и работают по принципу: загрузка периодическая - разгрузка постоянная (рис. 1).

Тем

Ту» д/

Рис. 1. Изменение запаса сырья в накопителе-питателе . и режим работы транспортных средств:

а) при достаточной вместимости;

б) при ограниченной вместимости

, - время работы транспортного средства, <о - время ожидания транспортно-

го средства в освобождении емкости для выгрузки).

| При недостаточной вместимости емкости транспортные средства будут простаивать в ожидании разгрузки, в результате этого их производительность снизится и может оказаться недостаточной для бес-

прерывной работы технологической линии переработки сырья. Пр:и увеличении вместимости накопителей-питателей время простоя сокращается до нуля, но увеличиваются эксплуатационные затраты и капитальные вложения на строительство.

Если в технологических линиях для сглаживания неравномерности входных потоков установлены промежуточные накопители, то такие участки можно рассматривать как непрерывно-поточные, хотя в моменты выхода из строя одной из секций при достаточности сырья в накопителе работу линии можно рассматривать как прерывно-поточную.

Коэффициент готовности поточных технологических линий, имеющих накопительную емкость, определяется формулой Сыро-ватки В. И.

где "л коэФФиЦиенты готовности секций 1 и 2 ;

О - коэффициент, учитывающий влияние простоев одной секции на другую. _

Коэффициент О зависит от емкости накопителей, интенсивности отказов и времени устранения неисправностей. Однако определение коэффициента готовности по методике Земскова В. И., как частное от деления емкости бункера (в часах работы) на среднее время устранения неисправности, приводит к значительным ошибкам.

Наиболее верный результат можно получить, используя для определения коэффициента готовности теорию марковского случайного процесса с дискретными состояниями и непрерывным временем [201.

Рассмотрим в качестве примера участок технологической линии, включающий две секции и накопитель-питатель.

Такой участок можно представить как систему, переход которой из одного состояния в другое происходит в случайные моменты времени, которые заранее предсказать нельзя.

Система кормоприготовления, состоящая из двух секций и накопителя-питателя, может находиться в одном из следующих пяти состояний:

5< - система работает, обе секции исправны;

- система работает, первая секция неисправна, но имеет запас

сырья в промежуточной емкости;

- система не работает, неисправна первая секция, запас сырья в накопителе отсутствует;

система не работает, неисправна вторая секция;

Бд— система не работает, неисправны обе секции.

Размеченный граф состояний системы имеет вид, показанный на рис. 2.

5. ^..........

4

Л/4- Д4/

5А .......- -.....

кгг

Л

Ьъ

1^4

/

\ Л 52

Рис. 2. Размоченный граф состояний участка системы приготовления прессованных кормосмесей, 1 состоящего из двух секций и промежуточного питателя-накопителя

(А»у - интенсивность перехода из одного состояния в другое,^.- различные с< ¡стояния системы).

! Для оценки вероятностей состояния системы можно использовал ;истему дифференциальных уравнений Колмогорова:

^ » +Л/2. + А Лз/-Р4 А « -Р* +Аз/ '/>¿4-А2/-Р* ,

р^+Аи -/V 7й А ж/Ь,

+ ¿гв- рг

ЯЬ

Решение этой системы уравнений дает искомые вероятности со стояний системы как функции времени. Начальные условия берутс в зависимости от того, каково было начальное состояние системы Б.

В качестве одного из показателей состояние системы можно при нять вероятность того, что запаса сырья в бункере хватит для без I остановочной работы системы @ которую можно определить п< I следующему уравнению:

I где © - вероятность того, что запаса сырья в накопителе хвати' для безостановочной работы системы в течение времен»-

.восстановления.любой секции системы. 18

Запас сырья в емкости в момент отказа есть случайная величина плотностью распределения

[7]

где а и в - параметры распределения Вейбулла, зависящие от емкости накопителя-питателя и разности производительности первой л второй секции;

- возможное время работы второй секции на запасе сырья в эункере, изменяется от нуля до ^¿тах

Время восстановления второй секции также есть случайная величина С ПЛОТНОСТЬЮ пагппопвчоича

где ^/Ч - интенсивность восстановления;

- время, в течение которого первая секция будет восстановлена.

Подставляя в уравнение значения айв, соответствующие определенной емкости накопителя-питателя, можно найти изменение© при изменении емкости накопителя-питателя.

Таким образом, для определения коэффициента готовности системы кормоприготовления, состоящей из двух секций, необходимо знать интенсивность отказов и восстановления секций, закон распределения запаса сырья в момент выхода секции из строя. Эти показатели могут быть определены опытным путем. Заменив значения интенсивности переходов системы из одного состояния в другое на интенсивность отказов и восстановления секции и подставляя значение ©, соответствующее объему питателя-накопителя, можно найти значение коэффициента готовности всей системы.

После определения коэффициента готовности системы и уточнения количества машин, используемых на всех операциях, можно рассчитать коэффициент загрузки всех машин.

Так как для приготовления прессованных кормосмесей на однотипных операциях можно использовать 2-3 машины различной производительности, то при расчете, задаваясь разными марками машин, можно спроектировать большое количество предприятий одинаковой мощности, но с различными технико-экономическими показателями.

Выбор комплекта машин является многовариантной задачей, при | которой необходимо учитывать приведенные затраты на приготов-

[8]

3.2. Оптимизация технологических линий приготовления прессованных кормовых смесей

ление единицы корма и на транспортировку сырья й готовой продукции Пар С2П

Ппр « }[М) + [9]

где//)$- удельные приведенные затраты на производство единицы продукции;

удельные приведенные затраты на транспортировку единицы сырья.

Увеличение годовой программы кормоприготовительного предприятия вызывает снижение приведенных затрат на приготовление и повышение их на транспортировку сырья и готовой продукции (рис. 3) Суммарные приведенные затраты до некоторого объема производства будут уменьшаться, а затем увеличиваться, т. е. график имеет экстремальное значение. Эта особенность и является основной при оптимизации мощности.

. С целью определения величины приведенных затрат и выбора комплекта машин, обеспечивающего их минимум, была составлена математическая модель и блок-схема ее реализации на ЭВМ [22, 23].

В соответствии с моделирующим алгоритмом составлена программа для ЭВМ и приведены расчеты для наиболее часто применяемых составов формованных кормосмесей.

П, руб/т

Рис. 3. Изменение приведенных затрат на приготовление кормов (1), транспортировку сырья и готовой продукции (I] и суммарных (}].

В результате решения задачи оптимизации по разработанному 1 чгоритму на первом этапе получены данные об изменении приве-енных затрат на производство 1 т кормосмеси, 1 т кормовых еди- ; 1Ц кормосмеси и 1 т конечной продукции (молоко). Значения за- ; >ат были рассчитаны для весьма наиболее часто применяемых | ационов (табл. 1.) и приведены в таблице 2.

Таблица 1

Структура рационов при кормлении формованными кормами (в % по массе)

Рационы Искусст- Зерно- Грубые Мине- Мелас- Микро-

венно фураж корма раль- са элемен-

обезвожен- ные до- ты

ные корма бавки

I 35 28 35 2,0 _ +

(.! 18 50 28 2,0 2 +

II 10 50 36 4,0 2 +

IV 30 20 43 7,0 - +

v 20 30 47 3,0 - +

V 12 27 60 ■ 1,2 - +

V 1 30 19 50 1,0 - +

v II 10 20 59 10 10 +

Из таблицы 2 видно, что в зависимости от принятых показателей >ценки приготовленной кормосмеси наиболее экономичными будут >азличные рационы. Так, при оценке по затратам на приготовление I т кормосмеси наиболее экономичными будут рационы с низким удержанием (до 10%) искуственно обезвоженных кормов и вы-:оким содержанием (до 40...60%) грубых кормов (рационы 3, 6, 8). Причем замена части грубых кормов на зернофуражах существен-■юго изменения приведенных затрат не вызывает, так как затраты на триготовление грубых кормов и зернофуража примерно равны. Затраты же на подготовку грубых кормов по сравнению с приго-овлением искусственно обезвоженных кормов ниже примерно в >...20 раз. При оценке по питательности наиболее предпочтительными являются рационы с высоким содержанием грубых кормов (до >0%), а зернофуража - до 25....40%. Это объясняется сравнительно шсокой питательностью зернофуража и низкой стоимостью грубых {ормов, идущих на переработку. При оценке же по выходу конеч--юй продукции (когда учитывается влияние состава кормосмеси на увеличение продуктивности животного) наиболее выгодными явля-отся рационы с содержанием искусственно обезвоженных кормов цо 30%, зернофуража - до 20, грубых кормов - до 40...45 и мине-эальных добавок - до 5...8% за счет большого числа разнообразных элементов и микроэлементов, содержащихся в искусственно обез-зоженных кормах. При содержании искусственно обезвоженных

Таблица 2

Изменения удельных приведенных затрат по наиболее часто применяющимся рационам в зависимости от поголовья крупного рогатого скота, обслуживаемого кормоприготовительным предприятием

Рационы Затраты на приготовление одной тонны: Поголовье (тыс. голов)

а) корма б) кормовых единиц е) молока 2 4 - 6 8 10- 12 14. 16 ; - 18 20

I 1 в 40.3, - 63,7 ■ 37,2" ^26,4 ; 35,2 29,0 20,4 27,2 23,0 17,0. 22,7 23,6' 16,2 21,6 23,1 14,7 19,6 22,2 14,0 18.7 21.8 13,8 18,4 21,7 13,1 17,5 21,3 12,8 17,1 21,1

П а б в 39.0 45,3 37.1 22,8 26,5 28,9 17,6 20,5 26,2 14,4 16,8 21,6 12,8 14,8 23,8 11,5 13,4 23,1 11,4 13,2 23,0 10.5 12,2 22.6 11,4 13,2 23,1 10,6 12,4 22,6

Ш " а б е 34,0 42,6 36,6 19,2 24,0 28,5 14.3 17,9 24.4 11,8 14,8 24,4 10,3 12,8 23,6 9,5 11,9 23,2 9,8 12.3 23.4 9>1„ 11,9 22,3 8,7 10,9 22,8 7,9 9,8 22,3

IV а б в 34,2 48,9 32,6 20,4 29,1 24,1 15,9 22,7 21,3 14.3 20.4 20,3 13,6 19,4 19,8 13,3 19,0 19,6 11,6 16,6 18,6 12,3 17,6 19,0 11,6 16,6 18,6 11,1 15,9 18,3

V а б в 33,8 37,3 41,3 17,7 30,0 29,5 14,2 24И 27,0 12,8 21,7 26,0 10,9 18,5 24,5 12,1 20,5 25,5 11,0 18,6 24,7 10,7 18,1 24,4 9,8 16,6 23,8 15,6 23,4

VI 1 1 а б в 27,6 44,5 33,5 15,4 24,9 23,8 12,5 20,2 22,8 9,7 15,7 20^9 8,9 14,4 20,3 9,3 14,9 20,6 7,6 12,2 19,4 7,8 12,7 19,5 7,6 12,7 19,2 7.2 11,6 19,1

VI! а б в 33,7 42,6 34,6 19,5 30.0 25.1 15,9 24,5 22,7 14,2 21,8 21,5 13,7 21,1 21,2 12,4 19,1 20,3 12,1 18,6 20,2 11.3 17.4 19,6 10,7 16,3 19,2 10,3 15,6 18,6

УП! I г ( * а б в 20,4 36,4 31,7 12.5 2£5 25.6 9,8 17,5 23,3 9,5 17,1 23,3 8,3 14,8 22,3 7,5 13.4 21.5 7,3 13,0 21,0 6,7 11,9 20,0 6,2 11,1 20,6 6,0 10,7 20,5

кормов выше 30% (рацион) эффективность применения трав искусственной сушки снижается. При этом надо отметить, что применение рационов с высоким содержанием (до 30%) искусственно обезвоженных кормов эффективно только при строительстве кормопрн-(•отопительных предприятий, обслуживающих поголовье крупного рогатого скота численностью более 6 тысяч, так как темпы уменьшения удельных затрат по рационам различные (рис. 4). Независимо от применяемых рационов удельные приведенные затраты (П) уменьшаются при увеличении обслуживаемого поголовья (П01, ),

П,

РУб./т

40

35

30

25

20

15

10

10

12

14

Поголовье (тыс. гол.)

Рис. 4. Из«, акание удельных приведенных затрат ((, К, (К - номера оз^оиоа)

— на гглгготоопонио I т к. о.

- - на произеодсгоо I г продукции (молока)

Несмотря на отдельные «всплески», с достаточной точностью зти значения можно аппроксимировать уравнением вида

/7= А

4. Пог

[Ю]

где значение коэффициентоз Л и В вычислено для различных случаев, средняя ошибка аппроксимации но превышгет 2,14% от расчетных данных.

При обслуживании небольшого числа животных используемые машины целесообразно выбирать малой производительности, вре-

мя работы будет минимальным. Рост числа обслуживаемого поголовья при том же оборудовании вызывает увеличение времени работы технологической линии. Сохранение минимума приведенных затрат при дальнейшем увеличении поголовья на определенном этапе требует использования машин большей производительности. При этом сначала время их работы уменьшается, а затем с ростом поголовья увеличивается. Следует отметить, что целесообразно использовать в первую очередь такое оборудование, увеличение производительности которого не требует большого роста его стоимости [24].

3.3. Размещение предприятий по производству прессованных кормосмесей

На втором этапе расчетов были намечены пункты, в которых указывалось на возможность строительства мелкохозяйственных предприятий и решалась задача по их оптимальному размещению.

Математическую модель размещения предприятий по приготовлению сбалансированных формованных кормов в общем виде можно представить следующим образом.

Задана потребность а различных составах (а; , в^ ) приготовляемой кормосмеси по каждому из потребителей (¡ = 1,2... п) за расчетный период.

Известно т пунктов (] = 1,2... т), в которых могут быть размещены предприятия.

По возможным пунктам размещения заданы верхние ИдадуИ нижние Ыщ/^ пределы допустимого объема кормоприготовления, а также "Приведенные затраты на приготовление одной тонны кормосмеси К-го состава и ¿-ом пункте ^¡Х^ , как функция от объема приготовления кормосмеси Х^ Известны также приведенные затраты на транспортировку сырья из ¡-го пункта в ¿-ый и готовой продукции потребителям для К-го варианта состава кормосмеси.

Задача оптимизации заключается в нахождении такого плана размещения и развития производства, при котором потребности различных половозрастных групп скота по всем пунктам удовлетворяются полностью, а суммарные приведенные затраты на приготовление и транспортировку^инимальны.

Обозначим через Ху поставку приготовленной кормосмеси

от ¿-го кормоприготовительного предприятия ¡-му потребителю. Математическая задача заключается в^определении множества значений неотрицательных неизвестных X;: , минимизирующих функции суммарных приведенных затрат,

т £ к п т £

!1пг11 /хр + Е Е Е с" х" пи

Г >/ к-1 JJ 7 ¿г/ у--/ л---/ tJ Ч

при следующих ограничениях:

1. Объем поставок, производимых поставщиком ], не должен ревышать его мощности и находится в заданных пределах

$ х] $ Ишак

2. Спрос каждого потребителя удовлетворяется полностью по сем необходимым рецептам ксрмосмеси

А т Л

А/ = I Хи .....п)

У«/

3. Объем производства ]-го предприятия должен быть равен по-гавкам продукции от этого предприятия всем потребителям

Х/ = / ......»-')

4. Каждая поставка должна выражаться неотрицательным числом

Х?] .....Л;

5. В каждом населенном пункте может быть только одно пред-риятие - или специализированное, или многопродуктовое

Г I ¿ели. £Ху>0

2=:1 о] если £х*у

Для решения этой задачи был использован итеративный алго-нтм, позволяющий решать задачу в безаварийной постановке, пок-схема которого включает 21 оператор.

Расчеты показывают, что, например, для Целиноградской области еобходимо строительство кормоприготовительных предприятий, эторые будут обслуживать 20...25 тыс. голов крупного рогатого юта. Так, для 14 хозяйств Балкашинского района (на примере кото-ого решалась задача оптимизации) необходимо строительство все> лишь трех предприятий - в Каменке, Приозерном, Спасском [25].

Основное оборудование кормоприготовительных предприятий, беспечивающее минимум удельных приведенных затрат по техно-огическим линиям, следующее:

- на заготовке зеленой массы - КСК-100:

- на высокотемпературной сушке - АВМ-3,0 (2 шт.);

- на измельчении зернофуража и смешивании его с добавками - ОКЦ-ЗО;

- на приготовлении питательных растворов - СМ-1,7;

- на измельчении грубых кормов - ИСК-30 (2 шт);

- на смешивании компонентов и формовании - типа ОПК-5 (2

] Годовая экономия приведенных затрат при строительстве одног

! межхозяйственного предприятия, состав машин которого и мои. j ность рассчитаны по разработанной методике, составит 818 тыс. ру< i лей.

!

{ 4. Оптимизация цехов влажных кормовых смесей

В основу большинства существующих методов расчета технол« гических линий положено определение затрат труда и средств t переработку единицы перерабатываемого сырья (корма). Однаь этот метод не учитывает изменения питательности корма в процес< ] обработки, влияния технологии переработки кормов и их раздачи i i продуктивность животных. А это не всегда позволяет объективк ! оценить принятую систему машин и методы организаф производства.

Одним из первых предложил учитывать повышение питательнс ценности кормов в результате их обработки в кормоцехах В. I ' Земсков, который предлагает вводить в расчеты коэффициенты эс| ? фективности подготовки кормосмесей и эффективности обрабоп ; компонентов, входящих в смесь.

i Коэффициент эффективности обработки компонентов смеси о j ределяется на основании зоотехнических исследований отношение ' продуктивности животных, получавших обработанные, и животнь ; получавших необработанные компоненты.

Чтобы определить эти коэффициенты, необходимы большие з траты труда и средств, тем более что-для выявления эффективное ; обработки каждого компонента кормосмеси требуется сравни ' продуктивность животных, поедающих необработанные корма смеси, с продуктивностью животных, поедающих корма и смеси, которых каждый компонент подвергается обработке. На качеств обработанных смесей будут оказывать влияние также технологиче ские особенности раздачи кормов, что значительно влияет на прс дуктивность животных. Поэтому коэффициенты обработки корме предлагается определять на основании современной энергетич« ской их оценки, которая основывается на коэффициентах nepeeapi мости клетчатки.

Сырая клетчатка - целлюлоза (в химическом отношении это п< лисахарид) может достигать 40...60% по весу (например, в соломе Лигнин пропитывает клетки соломы и затрудняет ее переваримост вот почему имеется связь переваримости клетчатки с наличием ли ; нина в грубом корме, которую находим с помощью уравнения р< I грессии Аксельсона и Шнейдера,

П* * В7,в - 0,83 X, [1

где Пк - переваримость клетчатки, %; X - содержание лигнина, %.

При анализе воздействия технологических процессов, осуществ-чемых кормоприготовительными машинами, на поедаемость и чергетические свойства кормов большинство исследователей при-ли к следующему. Измельчение грубых кормов не приводит к зеличению их энергетической ценности, а лишь повышает1 поедае-ость. Измельчение зерновых кормов и корнеклубнеплодов при-эдит к некоторому увеличению переваримости сухого вещества, есколько увеличивается переваримость при растирании грубых эрмов и плющении зерна. При скармливании грубых кормов эупному рогатому скоту иногда проводят запаривание, которое пучшает поедаемость этих кормов, но переваримость и итательность остаются неизменными.

Таким образом, коэффициент эффективности обработки композита смеси будет касаться лишь соломистых кормов, для осталь-■(ых компонентов кормосмесей этот коэффициент имеет меньшее жачение.

Формулу Земскова В. И. питательности П единицы кормосмеси : учетом ее повышения при обработке компонентов, выраженной через количество энергетических кормовых единиц (ЭКЕ), можно 5аписать в следующем виде:

/7= кЭе (1ЭСПЭКЕ, * Вс ¡1 к I, [13]

ы * с с I >

где Пэкв^^Пэл- количество ЭКЕ в 1 кг ¡-го компонента кормосмеси и соломистого корма; КЭОс- коэффициент эффективности обработки соломистого корма; Кэс - коэффициент эффективности обработки смеси; Ос - массовая доля соломистого корма в кормосмеси.

Абсолютная прибавка ЭКЕ в 1 кг кормосмеси за счет обработки в кормоцехе определяется по формуле

/ГЭс /£« /7ЭЩ * вс ПЭК£е к90с ] ~ £ О с П9Ке, п 4]

Л.

Так как сумма есть сумма питательностей 1 кг компо-

нентов, входящих в подготовленную смесь, то можно обозначить ее через П к Тогда л

Пи = 1 6С , П5]

дП=Л~Пи [16]

Скармливание животным обработанных кормов и приготовление на их основе кормосмесей повышает надои молока у лактирующих

коров. Прибавку молока можно теоретически учитывать, использу данные затрат ЭКЕ на производство молока.

Общее количество молока (М и )< которое можно получить о скармливания стаду молочных коров необработанных компонентов определяется из равенства

Ми - т У, [17;

где т - поголовье животных;

у - уровень продуктивности молока, кг.

у. -О*- , [»]

А/

где Н^, Н} - соответственно суточная и удельная на 1 кг молоке норма гатрат ЭКН при f - том уровне продуктивности животных.

Значение Н^ можно определить

Н^&ъ'П,и, [19]

где Ор^ - суточная весовая норма рациона животного Ь-той продуктивности, кг.

Тогда выражение Мц для общего количества молока можно записать в следующем виде:

^ т Ли

Ми--ц- . 12о;

Эффективность работы кормоцеха влажных кормовых смесей оценивается дополнительным количеством молока, получаемого за , счет обработки компонентов рациона и приготовления на их основе ! кормовой смеси.

1 Примем, что повышение удоя животного прямо пропорциональ-I но повышению энергетической питательности кормосмеси. Тогда | количество молока, получаемого от поедания кормосмеси (М), рав-

?и° .. т 6Р,Пик

; ^

I к П

где Л® - коэффициент повышения питательности кормосме-; или д^яфД [21]

Л/

Дополнительно получаемое количество молока (ЛП) определится из выражения 1

аМ-М-Мы или а М=т У{к~ /) [22]

На основании полученных формул можно теоретически рассчитать энергетическую питательность компонентов рациона и смеси в целом, степень повышения энергетической питательности обрабаты- * ваемого корма, выход молока. Имея полученные данные, можно в качестве критерия оптимизации применяемой технологии и приготовления кормов на молочных комплексах принять расчетный годовой доход - конечный финансовый показатель деятельности предприятий.

Годовой доход для ¡-той поточной линии можно выразить в виде следующей целевой функции:

^ = Сгг.~31 тах , [23] '

где Сп{ - стоимость продукции, получаемой дополнительно за счет функционального оборудования ¡-той поточной линии; - 3[ - расчетные затраты по ¡-ой поточной линии на дополнительную продукцию (годовую).

Для кормоцеха влажных кормовых смесей годовой доход оп- ' ределяется суммированием доходов линий, в него входящих, ]

а ; $г в I $)Г. —~ так [24] ,

Гк Ы! с

При определении затрат на кормоприготовление необходимо учитывать капитальные вложения. В хозяйствах могут строиться как новые, так и реконструироваться существующие кормоцехи. В пер- I вбМ случае'опрёделяются капитальные вложения на| оборудование с учетом затрат на монтаж (К<>£) и строительно-планировочные ра- I боты здания (Ксгр)- Общая их сумма для кормоцеха (К к ) равна ]

г К к = Кой + Кстр г' - [25]

1

По истечении срока службы комплекта машин и оборудования , здание, срок службы которого больше срока службы машин и со, тавляет 25...50 лет, используется для дальнейшей эксплуатации с | ) новым оборудованием после некоторого ремонта за счет средств, ; специально для этого отчисляемых. ' ' 1

Каждая поточная линия, установленная в кормоцехе, требует за-I трат на здание, поэтому необходимо определить их, т. е. выразить

через балансовую стоимость оборудования, которую можно подсчитать на стадии проектирования.

В результате обработки фактических данных стоимости оборудовать и стоимости строительной части КсГр£ для кормоцехов, построенных по типовым проектам и документации, разработанными научно-исследовательскими институтами и специалистами хозяйств, получили уравнение регрессии

Кстр ~ 16,0+ 1,3Ко* [26]

Полученное уравнение в такой форме не может быть использовано для подсчета той доли стоимости здания, которая принадлежит оптимизируемой ПТЛ относительно стоимости всего оборудования кормоцеха, так как годовой доход определяется на каждую

отдельную поточную линию, что, в свою очередь, вызвано различными коэффициентами, эффективности обработки тех или иных ви-д'зв кормов разными линиями. Следовательно, при использовании уравнения регрессии К стр для определения сметной стоимости строительно-монтажны;: работ на каждую отдельную линию эта сто-, имость будет завышена, так как каждая линия будет заменяться полностью кормоцехом. Поэтому, учитывая наличие регрессивной связи между стоимостями строительно-монтажных работ и оборудования, предлагается пользоваться их отношением (I.), т. е.

/ - К<тр

Подставив в выражение для Л/}• значения составляющих, получим следующую целевую функцию, использованную в качестве критерия оптимизации ПТЛ,

йъ-чпУчК^-ицКга,^- [271

Л г- /п

-I ¿мг, ~[аа + аг+1.(6а+5г)] I К;~~<пм

^ у*/ у

где - энергетическая доля ¡-го компонента в кормосмеси;

Ц - цена реализации продукта, руб./кг;

Кг- коэффициент готовности линии;

- норма отчислений в долях единицы на амортизацию, текущий ремонт и техническое обслуживание ]-ой машины ¡-ой ПТЛ;я п

~ норма отчислений в долях единицы на амортизацию и текущий ремонт здания цеха; в;

- количество дней работы машины в год;

Жи, - соответственно массовая доля жира в натуральном и базисном молоке, %;

«Удучу " затраты на топливо, электроэнергию и вспомогательные материалы при эксплуатации ]-ой машины; 30

Лу - балансовая стоимость ¡-ой машины.

Годовой доход может принимать отрицательное значений при

К эо « í ив случае, когда сумма вычитаемых членов больше стоимости дополнительно поручаемой продукции. Суммарный годовой доход по кормоцеху в целом должен быть боль-

ше нуля, иначе реализация дополнительной продукции, получаемой благодаря скармливанию животным полноценных кормосмесей, не покроет расходов на строительство и эксплуатацию кормоцеха. Так, по данным Симарева Ю. А., сметная стоимость кормоцеха для фермы на 800... 1200 годов крупного рогатого скота не должна превышать 66...70 тыс. рублей.

Для определения размеров капитальных вложений на строительство кормоцеха по ожидаемому уровню продуктивности коров используем выражение Славина Р. М. для определения полных приведенных затрат. С учетом формул для Кц и можно записать систему уравнений:

'Кк*Ко*« + и .

Решение этой системы • позволит определить допустимую сметную стоимость строительства кормоцеха

При К*>[Кк] реализация дополнительной продукции не покрывает строительство и эксплуатацию кормоцеха; при Кц< [К«] кормоцех окупает строительство и эксплуатационные расходы и приносит доход хозяйству; при может иметь место и то и другое.

Для реализации задачи оптимизации разработаны моделирующий алгоритм и специальная программа. Расчеты проводились для молочных ферм и комплексов с поголовьем 200, 400...2000 коров при удоях 6, 8...24 кг/сутки [26].

На первом этапе проводился анализ питательности кормов, исле-довались рационы и компоненты смесей по энергетическим свойствам с учетом весовой доли их в рационе и технологических операций подготовки.

Производственная программа ПТЛ находится в прямой зависимости от поголовья животных, которое они обслуживают. Рассмотрим, как она будет зависеть от уровня молочной продуктивности при постоянном поголовье.

Из анализа результатов расчетов можно видеть, что потребность в соломе, а значит, и производительность этой линии при увеличе-

j/нии удоя с 6 до 24 кг уменьшается в 2,5 раза, производительность f ПТЛ силоса и зернофуража возрастает соответственно в 2,9 и 9,0 j раза, производительность линии корнеклубнеплодов должна увели-j читься в 1,4 раза. Следовательно, при выборе оптимальных вариан-! тов комплектов машин и оборудования должен учитываться и фактор уровня продуктивности животных. ; Столь широкие диапазоны требуемых производительностей для поточных линий, а соответственно машин и оборудования, их составляющих, делают необходимым составление типоразмерного ряда по производительности этих машин [27].

Одно из требований, предъявляемых к комплексной механизации процесса кормоприготовления, — качественное приготовление кормов в заданный зоотехническими требованиями срок. При этом , необходимо подобрать такой состав ПТЛ, который наиболее соответствует критерию оптимальности. В дальнейшем будем называть их оптимальными, подразумевая под этим более рациональные, более эффективные поточные линии.

Выбор оптимальной структуры кормоцехов для всех типоразмеров животноводческих ферм и комплексов, а также для различных 1 удоев был осуществлен на ЭВМ.

Анализ результатов расчетов показывает, что удельные затраты на кормоприготовление (Sу^) можно аппроксимировать убывающей степенной зависимостью вида

! [30]

где С - безразмерный коэффициент; ftl - обслуживаемое поголовье;

У - удой, кг;

х/ у - показатели степени.

* Расчетные коэффициенты приведены в таблице 3.

На основании расчетов по разработанным методикам графики и номограммы, по которым можно оценить кормоцех

(рис. 5, 6).

| 5. Совершенствование технологии

механического обезвоживания зеленых растений

| Одним из основных агрегатов, используемых в линиях приготовления прессованных кормов, является агрегат для приготовления травяной муки и сечки типа АВМ.

Исследования, проведенные автором, и данные Валушиса В. Ю., Севернева М. М., Фомина В. И. и др. показали, что непосредствен-I но на испарение влаги уходит до 65...75% расходуемой теплоты ( в диапазоне 50...80% влажности сырья). На испарение 1 кг влаги в

выполнены выбранный

Таблица 3

Расчетные значения коэффициентов и показатели степени для определения затрат

Рацион Поголовье, голов Удой, кг Коэффициент Показатели степени

М У С X У

С термохимически До 700 6...24 1446 -0,80 -0,46

обработанной со- 700—1400 6... 13 400 -0,55 -0,46

ломой 1400...2000 14...24 73 -0,33 -0,55

С необработанной

соломой до 2000 6...24 3400 -1,00 -0,46

1ыеокотемпературных сушилках затрачивается 3350...3800 Дж/кг. Способом, позволяющим значительно снизить энергозатраты на фиготовление искусственно обезвоженных кормов, является двух-:тупенчатая обработка сырья, включающая вначале механическую и >атем термическую обработку. Так, на специально разработанном инековом прессе, позволяющем воздействовать на материал раз-тичными нагрузками и наложением вибрации, затраты энергии сни-каются до 2,4 кДж/кг, что в 1500...2500 раз меньше, чем при ис-юльзовании только теплового способа [28, 29].

Энергозатраты на получение 1 кг травяной муки традиционным .пособом на агрегате АВМ-1,5 составляют 9100 кДж/кг. Если в по-очную линию гранулирования включить механическое обезвожива-ше, снижающее влажность с 84 до 66%, и последующую сушку на \ВМ-1,5, то суммарный расход энергии снижается до 3080 кДж/кг, •то почти в три раза меньше, чем при вышеназванном способе.

Удаление излишней влаги, содержащейся в растениях, требуется <е только для уменьшения энергозатрат. Так, в северных областях (азахстана с коротким периодом положительных температур и ран-шм наступлением заморозков кукурузная масса ко времени за-(лэдки силоса имеет повышенную (до 90%) влажность. 8 этом слу-tae для получения качественного корма излишки влаги необходимо удалить, для чего требуются специально разработанные машины и остановки.

В свеклосеющих районах страны недостаточно используется оста-ощаяся после уборки корней ботва. Причем количество ботвы, ос-ающейся в поле, достигает 25 т/га. Из ботвы можно получить силос сорошего качества при ее переработке и достижении влажности г0...75%.

тыс руб "26,0

22,0 18,0

,14,0 10,0

6,0 •

2,0

0 -2,0

-6,0

-10,0

ч

200

400

600 800 1000 1200 М%

Рис. 5. Зависимость годового дохода (Дг) кормоцехов баз термохимической обработки соломы от поголовья (М) и удоя (У).

тыс.рзЬ

г_5р©

- ст гыс.ру5

-*°><ГТоЭ~ г

Рис. 6. Номограммы для определения годового дохода _ .—,— ,п , -

от работы кормоцеха с термохимической обработкой сопомы (Дг) и без обработки ДДг].

Однако наибольшее использование процесс удаления влаги из зеленых растений получил при разработке технологии фракционирования с целью получения протеинового концентрата. Большинство используемых для этих целей машин и установок имеют низкую производительность и высокую энергоемкость. Одним из наиболее эффективных способов интенсификации процесса выделения сока является наложение вибрации к рабочему органу машины [30].

5.1. Теоретические основы повышения эффективности обезвоживания зеленой растительной массы (ЗРМ)

В процессе фракционирования давлением происходит деформация ЭРМ и разрушение клеточных структур, что приводит к существенному ослаблению связи между скелетом и жидкой фазой (соком) и создает благоприятные условия для удаления (отжимания) сока из ЗРМ.

Основой для рассмотрения процесса отжатия сока из ЗРМ может служить уравнение, являющееся обобщением известного уравнения' Дарси, описывающего фильтрацию жидкости через пористую среду

еч

где ^ • объемный поток жидкости;

dpfZJ _ перепад давления на единицу длины (рассматривается

Я-случай одномерного течения);

А ffj ~ коэффициент проницаемости скелета ЗРМ, через J который происходит фильтрация жидкой фракции.

Принципиальным отличием задачи о механическом обезвоживании ЗРМ от задачи о фильтрации через недеформируёмую t пористую среду является то, что коэффициент проницаемости А не может считаться константой, поскольку он существенно зависит от степени деформации (сжатия) скелета (при сжатии происходит сужение каналов фильтрации, возрастание доли «тупиковых» каналов и, как следствие, уменьшение/f . Коэффициент проницаемости является для данного сорта ЗРМ функцией относительной деформации скелетаß в плоскости Z (рис. 7):

¿¿¿наг -di et Ума г.- dr

--¿¿w ~ ¿¿w* > [32]

где 2 - текущая координата некоторого слоя сжатой ЗРМ;

Zjfcz — координата того же слоя ЗРМ до начала сжатия (в неде-формированном состоянии);

d-Vf/аг. - объем слоя ЗРМ до сжатия (в свободном состоянии); 36 ;

Р >0

1 о ' ^

£ \

Рис. 7. Схема деформации зеленой растительной массы

£¿1/ - объем того же слоя ЗРМ под давлением.

В начальный момент приложения некоторого давления р0 к свободному слою ЗРМ его скелет не оказывает сопротивления движению жидкой фракции, поскольку он способен относительно легко деформироваться и увлекается движущейся жидкостью; в результате относительная скорость жидкости и скелета оказывается малой, вязкое трение жидкой фракции о скепет также малое.

Прекращение движения скелета (то есть ' установление стационарного режима фильтрации) происходит тогда, когда силы упругости скелета смогут компенсировать силу вязкого трения жидкости о скелет. Ясно, что к этому моменту скелет оказывается деформированным, причем относительная деформация скелета$£*/оказывается неоднородной в пространстве - деформация маот-имальна вблизи фильтровальной сетки, которая не оказывает сопротивления течению жидкости, но непроницаема для скелета.

Поскольку деформация скелета приводит к уменьшению его по-рового объема и соответственно к уменьшению коэффициента проницаемости скелета/1 , установление стационарного режима фильтраций приводит к образованию вблизи фильтровальной сетки «тромба», то есть слоя уплотненного скелета," оказывающего наибольшее сопротивление фильтрации.

Кроме того, установление стационарного режима фильтрации сопряжено с потерей ЗРМ значительной части жидкой фракции, поскольку образование тромба вблизи фильтровальной сетки связано с уходом жидкой фракции из околосеточной области ЗРМ.

Поскольку изменение объема элемента ЗРМ (/¡^—(//лор^Кк^ро-

исходит в основном за счет изменения объема пор (¿Упо/> • величиНУ Х/ЙГ/можно записать в следующем виде:

шг- ~ ¿¿Упер

* с1 Упор наг -сС^сктг. ^

Очевидно, максимально возможная степень сжатия ЗРМ £7, достигается при полном исчезновении пор ( с1¥оа/>^0 )■ пр*гэтом в случае Мскк^ть« (¿Ут>/онаг{ в недеформированном состоянии объем пор велик по сравнению с объемом скелета) имеем =»

Теперь рассмотрим характер зависимости коэффициента проницаемости Д от относительной деформации^ . Ясно, что с уменьшением порового объема быстро уменьшается, обращаясь в О при пор нет вовсе и каналы просачивания полно-

стью отсутствуют). Предположим, что /\ зависит от относитель^ ного порового объема по степенному закону /¡а¡- (с1. У/гер/Д.^*} < где показатель степени п определяется эмпирически (теоретически установлено, что в зависимости от сорта ЗРМ п = 2...4). С учетом (33) имеем

[34]

• где/0- проницаемость недеформированного скелета (при^^О ). Параметры ^и и рассматриваются как константы, характеризующие данный сорт ЗРМ.

Очевидно, относительная деформация скелета £ определяется возникающим в скелете напряжением^*»/, причем связь^£/ и выражается законом Гука

^А^Л / </„*>'> '[35]

где К - коэффициент упругости скелета.

Чтобы найти возникающие в скелете напряжения 6'(&)> следует I изучить взаимодействие скелета и фильтруемой через него жидкости, осуществляющееся через силу трения, действующую со стороны жидкости на скелет^^/., и силу трения, действующую со стороны скелета на жидкостьуЛ/<^ В квазистационарном состоянии, когда силы, действующие на любой элемент скелета, должны компенсировать друг друга, имеем

Аналогично для элемента жидкости имеем

¿2

Учитывая закон действия и противодействия Ньютона гс/зх^-О имеем ¡¿¿(36/п (¿7/ искомое уравнение

Л

ж/с

у6"

[38]

Физический смысл последнего уравнения (48) следующий: перепад давлений в жидкости, тормозяйщейся о скелет, обязан вызвать в скелете упругую силу, в точности компенсирующую этот перепад давлений. В противном случае жидкость двигалась бы ускоренно или же деформация скелета была бы нестационарна.

На основании приведенного можно записать следующую систему дифференциальных уравнений:

/

АР-

сИ

с{£

(и) № Ш

[39]

где

граничными условиями

к р(ь= о

2 (¿//<гг. ~£о#аг)-¿о

N0]

В (39)^~•СОПяЕ. Независимость д от 2 выражает закон сохранения количества жидкости; зависимость от 2 приводила бы к накоплению жидкости в некоторых слоях ЗРМ, что в стационарном режиме фильтрации, который мы рассматриваем, недопустимо.

Проанализируем результаты, полученные при решении системы (39).

Предварительно введем понятие максимально допустимого давления поршня Р . Для этого заметим, что из уравнений (39) и граничных условий (4-0) следует ^(^О)—р9 (так как, в конце концов, прессующее усилие поршня Ро передается на фильтровальную сетку через давление скелета на сетку). Тогда для деформации скелета вблизи сетки имеем А и при Ра >Рт~К А/, что бессмысленно. о

В случае ^ У Рт , очевидно, квазистационарное состояние, рассматриваемое нами здесь, реализоваться не может: сжимающее усилие Р<> , передаваемое через жидкую фракцию на скелет, настолько велико, что скелет ЗРМ вблизи сетки не способен «сопротивляться» и оказывается закупорен (поровый объем обращается в 0). В результате этого фильтрация жидкой фракции прекращается, но при этом исчезает и вязкое трение между ,жидкой фракцией и скелетом, а поэтому скелет не может оставаться в сжатом состоянии и начинает расправляться под действием собственной упругости. При этом толщина полностью сжатого скелета, образовавшегося в районе фильтровальной сетки («жесткий тромб») и принимающего на себя все прессующее усилие Р0 , начинает уменьшаться, что приводит к механическому пробою тромба. Таким образом, при ?„ ни режим фильтрации, ни режим жесткого тромба не могут быть стационарными. Процесс выжимания сока в этом случае имеет стационарный характер и характеризуется хаотическим выбросом разрушенной ЗРМ через фильтровальную сетку. Такой режим фракционирования явно нетехнологичен, поскольку вместо разделения жидкой фракции и скелета осуществляется разрушение скелета и выбрасывание его частей вместе с жидкой фракцией. Поэтому мы далее ограничимся рассмотрением давлений Р0< Р„,.

Приведем основные результаты решения системы уравнений (59) с граничными условиями (40) и с учетом (35).

Для распределения давления р(5) в слое ЗРМ имеем

^Яа+а-ш-гГ'}7^'-и [41]

Ро

I £

В (41) Р0- давление поршня,(2 - расстояние от рассматриваемого элемента ЗРМ до сетки, 10 - расстояние от поршня до сетки (рис. 7); А— о соответствует сетке,соответствует поршню),

Л. ( .Р» / соответствует Ро == Рт, О

соответствует Р0 « Рт )• График зависимости Р(£) при = О; 0,2.5; о, £0; о, г, о приведен на рис. За * . Видно, что прир0ърт падение давления в слое ЗРМ становится весьма неоднородным и в основном происходит вблизи сетки. Причина этого проясняется при анализе зависимости коэффициента проницаемости ЗРМ /[(В)и сжатия скелета ЗРМ у(%) от расстояния до сетки ¿5

М)_+""у [42]

По

* Ш рис. 8 для примера взято значение п = 2. Характер графиков и сделанные ниже качественные выводы не зависят от конкретного значения п при условии п>1

0,2

0,4 0,6

(сетка)

Z = 0

0,8 Ж

(поршень) 2 = 2

Рис. 8. Графики зависимости показателей процесса отжатия сока и зеленой растительной массы при Ре /Р = 0; 0,25; 0,50; 0,75; 1,0 и п = 2)

[44]

[к+а- А } а - р) п*'1 ^ из]

Г/ 1- 4 ¡Р/-; с£У - <?*

где 4 (2/ 7 ~ }(•27 ~ ^/ул-г (¿Ънаг

(рис. 7). Графики зависимости ПРИ различных давле-

ниях поршня Рр приведены на рис.^^и на рис.<?£. Из них видно, что при РЛ вблизи фильтровальной сетки происходит существенное уплотнение скелета и соответствующее уменьшение его проницаемости. Именно эта ситуация охарактеризована выше как образование тромба.

Из интегральных характеристик процесса стационарной фильтрации основной интерес представляет зависимость потока выжимаемой жидкой фракции^ и смещения поршня при приложении давления дЕ«»Нв^Е0от приложенного давления поршня :

"-Л "7,

$ — К Ао / П ,

4е 1451

Графики этих зависимостей приведены на рис. 8 г, 8 д. Видно, что зависимость д (Р© )имеет насыщающийся характер : уже при поток д практически достигает своего максимального зна-

чения% дальнейшее повышение давления поршня не дает существенного увеличения выхода жидкости. ^

Из графика на рис. 8 д видно, что при Ро Рт. Л « .

то есть * п + 1 , что соответствует потере примерно!

"у^+У — й части запасенной в ЗРМ жидкой фракции при

установлении стационарного режима фильтрации.

На основании анализа квазистационарного режима соковыжима-ния можно сделать вывод о его неэффективности. Действительно, использование давлений Р0<< Ртприводит к низкой производительности установки, а использование давлений Р0аг Рт - к непроизводительным затратам энергии на прокачивание жидкой фракции через околосеточный тромб.

Преодоление отмеченных затруднений возможно при использовании нестационарного режима соковыжимания. Действительно, основным недостатком стационарного режима соковыжимания является образование тромба, тормозящего поток жидкой фракции. А так как само образование тромба происходит за счет значительного

(рис. 8 в, д) обезвоживания ЗРМ в районе мягкого тромба, то в процессе установления квазистационарного режима ЗРМ теряет ,

часть~жидкой фракции. Поэтому представляется перспективным использование периодического режима нагружения ЗРМ, когда ЗРМ выдерживается под нагрузкой лишь до установления стационарного режима фильтрации, а затем нагрузка снимается (или снижается) на некоторое время, достаточное для «рассасывания» тромба под действием силы собственной упругости скелета; далее цикл нагружения повторяется.

Период нагружения, величина действующих сил зависит от свойств исследуемого материала, типа рабочих органов применяемых установок и др.

Рассмотрим, как происходит процесс сокоотделения в шнековых и ленточных прессах.

5.2. Исследование шнекового вибрационного пресса для фракционирования зеленых растений

Разработанный шнековый пресс с повышенной эффективностью сокоотделения предусматривает возможность наложения вибрации на запорный конус. Влажность материала, например люцерны, на таком прессе за одну обработку можно ученьшить до 57...64% (снижение влажности материала до такой же величины на прессах без вибрации возможно только при 8...12-кратной повторности прессования) [31, 32].

Одним из показателей влияния вибрации на процессы, происходящие в шнековых прессах, является коэффициент бокового давления £ ¿3

где $ - давление материала на стенки трубы шнека;

Р - давление вдоль оси шнека.

Значения с? изменяются а широких пределах, величина его интенсивно увеличивается при росте давления до 3 МПа и в зависимости от влажности и длины резки может достигать 0,8...0,99. Таким образом, экспериментально установлено, что в шнековых прессах с вибрацией при давлениях свыше 3 МПа и большой влажности растительной массы коэффициент бокового давления стремится к единице (рис. 9 а, б).

Реологическое состояние исследуемого материала в условиях совместного воздействия нагрузки и вибрации можно оценить коэффициентом вибровязкости, который представляет отношение напряжения сдвига к скорости сдвига .

На рис. 10 приведены графики изменения вибровязкости £ растительной массы в зависимости от времени нахождения в рабочей камере £ и разной скорости вибрации рабочего органа^.

■Ь.

а б

Рис. 9 а, 6. Изменение коэффициента бокового давления £ в зависимости от давления сжатия Р£а) и влажности материала >У(б)

Рис. 10. Изменение вибровязкости растительной массы £ в зависимости от времени нахождения 1-

при различной скорости вибрации (Р = 4МПа, V/ = 66%):

а) 1, 2 - реограммы уровней интенсивного разрушения и равновесных уровней вязкости, полученные на основе реограммы 1-6; б] I -15=0,19 м/с; 2 -1& = 0,38 м/с; 3 45 = 0,57 м/с; 4 -$£= 0,75 м/с; 5 0.94 м/с; 6 -1£= 1,0 м/с.

О!

Для всех кривых можно выделить три характерных участка. На первом участке £/£/, имеющем характер линейной зависимости, происходит резкое возрастание вибровязкости. Второй участок - область нелинейной зависимости снижения вибровязкости и третий -область ее стабилизации.

Рост вибровязкости на первом участке соответствует уменьшению объема *три незначительном разрушении тканевой структуры растительного материала и без проявления им тиксотропных свойств. На втором участке происходит интенсивное разрушение структуры и разное снижение вибровязкости с проявлением тиксотропных свойств при незначительном изменении объема растительной массы.

На третьем участке растительный материал переходит в двухфазную систему, достигая максимальной степени уплотнения и установления равновесного уровня вибровязкости при заданной нагрузке и режиме вибрации.

Повышение скорости вибрации рабочего органа ]/$ от 0,19 до 0,57...0,94 м/с ведет к уменьшению уровня интенсивного разрушения с 14,3 до 7,5 Па с, а равновесного уровня - с 12,7 до 4,5 Па с, длительность первого участка сокращается с 16 до 3 с. Дальнейшее увеличение скорости вибрации не приводит к значительному изменению реограммы. Поэтому можно утверждать, что минимальное значение вибровязкости растительного материала будет соответствовать скорости вибрации 0,57...0,94 м/с.

Экспериментально установлено, что с увеличением скорости вибрации длительность (период) разрушения структуры растительного материала уменьшается с 8 с при м/с. до 6 с при

У=;0,37 м/с. При'скорости вибрации более 0,9 м/с глубина разрушения, степень разрушения, период разрушения меняются незначительно.

На основании экспериментов установлено, что оптимальное давление, необходимое для разрушения растительной структуры и выделения сока в шнековых прессах с вибрацией, находится в пределах 2...5 МПа.

Процесс механического обезвоживания растительных кормов может оцениваться относительным выходом сока Д и относительным выносом сухого вещества с сокомЛс(рис. 11).

Увеличение диаметра отверстий в трубе шнека при постоянной площади фильтрующей поверхности приводит к увеличению выхода сока /\с (%). Одновременно возрастает вынос сухого вещества (%) с соком. Однако интенсивность изменения сокоотдачи при этом различна. Так, при увеличении диаметра отверстий с 1,0 до 2,5 мм выход сока для кукурузы возрастает на 7%, для люцерны - на 5%. Вынос сухого вещества с соком увеличивается для кукурузы на 8%, люцерны - 7%. Изменение диаметра отверстий с 2,5 до 4 мм увеличивает выход сока из кукурузы на 27%, люцерны - 30%, вынос сухого вещества с соком кукурузы возрастает на 36%, люцерны -

Рис. 11. Изменение выхода сока Л и выноса сухого вещества с соком А с

в зависимости от диаметра отверстий поверхности фильтрации с1: 1, 3 - Л,Л с - для кукурузы; 2, 4 -Л,Л с - для люцерны.

на 32%. Высокое содержание сухого вещества в соке в диапазоне 2,5...4,0 мм связано с интенсивным продавливанием зеленой массы через отверстия поверхности фильтрации. Поэтому наиболее оптимальный диаметр отверстий следует избирать в диапазоне 1,0...2,5 мм, но так как с уменьшением диаметра отверстий затрудняется их очистка, то рекомендуется величина 2,4 мм.

Относительная площадь живого сечения поверхности филь- , трации ¿5* оказывает незначительное влияние на вынос сухого вещества с соком. Однако изменение сокоотдачи в зависимости ■ от 8 более существенно. Так, увеличение живого сечения 6 с 0,16 I до 0,26 повышает сокоотделение из кукурузы на 6%, люцерны - 4% (рис. 12).

Анализ экспериментальных данных позволяет рекомендовать для отжима сока из кукурузы и люцерны относительную площадь живого сечения около 0,23.

Исследования влияния времени нахождения материала в рабочей камере I показали, что при выдержке более 60 с влажность кукурузы И люцерны при совместном действии нагрузки и вибрации меняется незначительно. Наибольшее изменение влажности проис- . ходит в течение первых десяти секунд.

«к

20 ■

1 ^__Д _____ о

\ а

3 А---'о-. фт тФ ** .__-О

о-----

0,15

0,18

0,21 1

0,24

Рис. 12. Влияние живого сечения £ на выход сока Л . •

и вынос сухого вещества с соком л с .' \

при обезвоживании кукурузы (1, 3) и люцерны (2, 4).

Исследование по вибропрессованию сеносоломистых материалов (Батыршин А. Г., Муратов А. М., Особое В. И., Васильев Г. К. и др.), а также применение вибрации при обработке почвы, внесении удобрений, виброобработке материалов в пищевой промышленности (Гончаревич И. Ф., Урьев Н. Б., Попов А. Е., Лобова П. П. и др.) | показали, что эффект применения вибрации зависит от соотношения поступательной скорости Уд, движения материала к амплитудному ; значению скорости колебаний рабочего органа И?, равной Аш.

Это соотношение есть параметр безразмерной скорости, называ-' емой числом Струхаля . I

При исследовании физико-механических свойств растительных | кормов было установлено, что увеличение скорости вибрации более; чем на 1 м/с не приводит к повышению эффективности действия | вибрации. Если принять время нахождения растительной массы в ; рабочей камере 1= 10 с, за которые происходит наибольшее выделение влаги, то скорость поступательного движения корма в зоне обезвоживания пресса составит Следовательно, верхний

предел параметра безразмерной скорости (число Струхаля) принимаем | ¿Н = 0,02, нижний - 0,1.

Установлено, что эффективность выхода сока и выноса сухого вещества с соком существенно зависит от числа Струхаля. Так, при изменении ¿А от 0,1 до 0,02 сокоотдача возрастает: из кукурузы на 21,1%, люцерны - на 22,7%. Однако интенсивность выноса сухого

вещества с соком при этом различна. Так, при изменении числа Струхаля«$дот 0,1 до 0,06 вынос сухого вещества с соком из кукурузы возрастает на 4,1%, люцерны - на 3%. Изменение ¿А. от 0,06 ; до 0,02 увеличивает вынос сухого вещества с соком из кукурузы на 16,5%, люцерны - на 15,8%. ,

Зависимость относительного выхода сока из кукурузы Лк и люцерны Дли выноса сухого вещества с соком кукурузыЛ^и люцерны Хсл можно описать следующими выражениями:

Лк = О,74/~ у АЛ = 0,696-3,49 ¿л.,

\сн = 56¿к1 + 0,4-64 ,

Лсл~ /4о - /а, + 0,52 :

Результаты проведенных исследований показывают, что в целях уменьшения выноса сухого вещества с соком принимать параметр безразмерной скорости (число Струхаля)£у^ниже 0,07...0,06 нецелесообразно.

В общем виде, с учетом времени { пребывания в камере шнеко-вого пресса с вибрацией и исходной влажности растительного материала, можно записать | Л* =0,59(0,7* 0,^7- РУ- Л7,5)% Ьск = 0,7{(0,оВ2+Сд£Х5>96 0,04-9)(93-Щ Лл * ¿7,06(0,73 + ¿д ¿;/0,г - 4 7Л Дел =2.>05(е$ ?-0,0Г5;(7>4/5Аг-¿А.-Ю,018)(90,£-Щ

Данные зависимости отражают общий характер процесса механического обезвоживания растительных кормов в шнековых прессах с : вибрацией и позволяют определить наиболее эффективные режи- I мы обезвоживания. Кроме того, полученные зависимости позволяют , дать (по выходу сока и выносу сухого вещества с соком) качественную оценку процесса обезвоживания растительных кормов [33]

I

5.3. Исследование ленточного пресса 1

для фракционирования зеленых растений >

Кроме люцерны и кукурузы, целесообразно подвергать фракци- 1 онированию некоторые Другие виды растительного сырья, такие, как ботва корнеплодов. В настоящее время, например, ботва сахар- ! ной свеклы в большинстве случаев оставляется в поле по причине ее высокой влажности и, как следствие этого, невозможности ее длительного хранения. Урожай ее составляет 80... 100% от урожая корней, а при интенсивном внесении азотных питательных веществ ботва свеклы не уступает травам, а по некоторым показателям даже превосходит. Наиболее важным компонентом ботвы сахарной ^ свеклы являются безазотистые экстрактивные вещества. Поэтому!,

использование в животноводстве силоса из жома сахарной свеклы и протеинового концентрата из сока ботвы является весьма перспективным [34, 35].

Однако использование для фракционирования ботвы сахарной свеклы шнековых прессов приводит к значительному разрушению клеточной структуры растений, переизмельчению ее и вследствие этого - выносу большого количества сухого вещества с соком.

Для обработки ботвы сахарной свеклы на ..сок и жом, с целью дальнейшего использования жома для закладки на силос (сенаж) или для сушки на муку, целесообразно использовать ленточные прессы.

Ленточный пресс с заданным режимом нагружения состоит из двух бесконечных зубчатых цепей, перемещающихся по опорным звездочкам и создающих между собой клиновидное рабочее пространство. Зубчатая цепь состоит из элементов, набранных в шахматном порядке, толщина которых при разном шаге цепи создает определенное отношение площади отверстий к общей поверхности ленты. Толщина пластин - 1,5...3,0 мм, соответственно этому и ширина дренажных отверстий. Шаг цепи может изменяться от 12,7 до 31,75 мм, длина отверстий в зависимости от шага равна 3,18...17,93 мм. Ширина цепи может быть собрана до заданной величины. Площадь перфорации составляет примерно 14% от общей площади цепи. Звездочки и ролики опираются на кулачковый механизм, форма кулачков определяет характер нагружения.

На входе в пресс установлен приемный бункер и в нем - объемный дозатор непрерывного типа, представляющий собой четырехло-пастный барабан. Измельченная зеленая масса непрерывно подается в приемный бункер, откуда при помощи лопастей дозатора она направляется в приемную горловину пресса и далее, но уже при помощи бесконечных цепей, по ее рабочему каналу. Сужение рабочего канала, по мере продвижения отжимаемого материала к выходу из пресса, приводит к постепенному увеличению давления прессования, а следовательно, к разрушению сокосодержащей клеточной структуры растительной массы и отжатия выделившегося сока через дренажные отверстия цепей и боковых заслонок.

Конструкция пресса предусматривает заданный режим нагружения обрабатываемой массы. Это осуществляется следующим образом. Опорные звездочки, входя в зацепление с зубчатыми звеньями цепи, одновременно с вращением вокруг своей оси совершают возвратно-поступательные движения в вертикальной плоскости. Характер этих движений во времени задается выбором профиля кулачков. Поступательное движение опорных звездочек вверх и вниз, осуществляемое периодически, позволяет создавать режим деформации прессуемого материала, в результате которого быстрее разрушаются клетки растений и эффективнее выводится сок [36, 37].

В ленточном прессе предлагаемой конструкции дренажные отверстия представляют из себя щели шириной, равной толщине пла-

сгины (1,5...3,0 мм) и длиной, зависящей от размера шага звена цепи (3,0... 18,0 мм).

Выход твердой фракции - сухого вещества (СВ) - вместе с соком - через дренажные отверстия прямоугольной формы при отжатии люцерны находится в линейной зависимости от изменения длины отверстий и нелинейной - от изменения и ширины. При этом изменение ширины отверстия более существенно влияет на выход частиц твердой фракции, чем изменение его длины. При отжатии ботвы сахарной свеклы выход твердой фракции (СВ) находится в линейной зависимости от изменения обоих размеров фильтрующих отверстий: в большей степени - от изменения ширины щепи и в меньшей - от изменения ее длины.

Так как явного оптимума при выборе размеров фильтрующих отверстий не наблюдается, то в дальнейшем целесообразнее ориентироваться на ширину щели, от которой в первую очередь зависит выход твердой и жидкой фракций. Для обработки люцерны и стеёлей кукурузы ширину отверстий лучше всего принимать размером 2,0 мм (выход СВ не более 9 - 13%). При отжатии ботвы сахарной свеклы этому же качественному уровню соответствует отверстие фильтра шириной 1,5 мм (8,5...12,5%).

Величина влагоотделения (выход влаги) засвисит от размера резки. При отжатии зеленой массы люцерны и кукурузы выход влаги уменьшается с увеличением длины резки. Для ботвы сахарной свеклы это влияние минимально. На основании экспериментов можно рекомендовать для люцерны размер резки 1 см, кукурузы - 5...7, для ботвы сахарной свеклы измельчение можно не производить.

Конструкция пресса позволяет воздействовать на материал постоянной нагрузкой и дополнительно к постоянной воздействовать переменной, величина которой может составлять 100% от постоянной.

На рис. 13 а и 13 б приведены результаты исследований по выходу влаги из зеленой массы люцерны и ботвы сахарной свеклы при разных величинах основной и дополнительной нагрузок.

При обезвоживании люцерны максимум вывода сока наблюдается, когда величина дополнительной нагрузки составляет 30% от основной. Увеличение основной нагрузки с 3 до 7 МПа приводит к повышению сокоотделения на 23,4%. Это почти вдвое больше количества влаги, получаемой без вибрационной нагрузки.

Исследования на ботве сахарной свеклы показали, что наибольшее влияние дополнительной вибрационной нагрузки оказывается при ее величине 15...30%. Увеличение выхода сока с наложением вибрации наблюдается только до 5 МПа, дальнейшее повышение основной нагрузки ведет к снижению сокоотделения. Эффект вибрации на ботве значительно ниже, чем на люцерне, и увеличение сокоотделения не превышает 15%.

Объяснение такому различию в эффективности вибрации при механическом обезвоживании люцерны и ботвы сахарной свеклы

Рис. 13. Зависимость выхода влаги (йй/) " ~ ----------------------

при механическом обезвоживании люцерны (а) и ботвы сахарной свеклы £б] от величины основного нагруженмя (Р = 1,2.../ МПа) и периодического (д Р в % от основной нагрузки)

нужно искать в отличии физико-механических свойств зеленой массы обеих культур. Люцерна обладает большей способностью восстанавливать свой первоначальный объем после снятия нагрузки, ' чем ботва, поэтому она значительно больше меняет свою пори; стость в период колебания нагрузки, что и способствует лучшему оттоку влаги из ее толщи.

Исследования зависимости выделения влаги от времени выдержки показали, что наибольшее количество ее выделяется в течение первых 10 с, затем оно резко уменьшается и при времени выдержки более 30 с практически прекращается. Наложение вибрации приводит к уменьшению этого времени. Поэтому проектирование прессов необходимо проводить с учетом того, что масса в камере | сжатия может находиться не более 30 с. Из этого условия можно исходить и при выборе длины рабочей камеры и скорости рабочего органа [38].

Зазор между лентами на входе и выходе можно выбирать из условий относительной деформации сырья (отношения размеров на выходе и входе) и вызываемого при этом давлении на него.

Анализ полученных зависимостей показывает, что с увеличением относительной деформации сырья (ботвы сахарной свеклы, люцерны и кукурузной резки) выход влаги растет, при этом более интенсивно - при отжатии ботвы. Предельное значение величины относительной деформации для ботвы принято равным 0,8, что соответствует нагружению 4 МПа. При больших величинах деформации ботва интенсивно продавливается через дренажные отверстия цепей, что ухудшает качественные показатели фракционирования. При прессовании люцерны величина относительной деформации принимается равной 0,9, что соответствует нагрузке 5 МПа.

Характер распределения давления лент на прессуемый материал по длине рабочего канала представлен на рис. 14. На первом участке пресса (0-1) происходит вытеснение газообразной среды, осуществляемое за счет переориентации частиц корма без их деформации. Усилия, требуемые для этого, незначительны. На втором участке (1 - 2) происходит уплотнение прессуемой массы за счет деформации частиц корма. Усилия на это требуются значительные, рост давления в рабочем канале пресса происходит быстро. На третьем участке пресса (2 - 3) деформация отжимаемого материала увеличивается незначительно, только на ту величину, которая будет достаточной, чтобы компенсировать падение давления в результате оттока жидкой фракции с содержащейся в ней СВ через фильтрационные отверстия лент и релаксации напряжений.

Влага из растительной массы интенсивно отжимается на участке пресса от его начала до отметки 1 м, при дальнейшем ее движении выход влаги резко уменьшается. Влажность жома в этом случае остается примерно одинаковой (рис. 15).

4,0 3,0 2,0 1,0 0

0,75 0,50 0,25

1___л 1 - 4 ........

--1 1-, 1-- >».........1 1--

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 Ц

Рис. 14. Распределение давления на слой люцерны (Рд ) и ботвы сахарной свеклы (Р£) по длине рабочего канала ленточного пресса I. в зависимости от величины относительной деформации { £ )

им

• о

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

1,2 1,4 1,6 А"

Рис. 15. Выход влаги по длине рабочего канала ленточного пресса при обработке люцерны (¿1^) и ботвы сахарной свеклы (лсд)

5.4, Качественные показатели продуктов фракционирования зеленых растений

Как известно, в результате механического обезвоживания зеленых кормов получается жом и зеленый со к. Питательные вещества, находящиеся в зеленой массе корма, перераспределяются между этими продуктами отжатия. Результаты анализа исходного материала и продуктов приведены в таблице 4.

Таблица 4.

Состав продуктов влажного фракционирования люцерны и ботвы сахарной свеклы.

Продукты Содержание сухого ве- Содержание в сухом веществе

щества, % протеина, % каротина, мг/ кг клетчатки, %

Люцерна в исходном виде 16... 18 18...20 40...80 20...30

Травяной жом 35...40 16... 18 50... 100 30...40

Клеточный сок: 9...11 30...32 100...200 1, 5...2, 0

белковый концентрат 25...33 41.„48 250...300 2,5...5, 0

сок-фильтрат 5...7 14...16 - -

Ботва сахарной свеклы в исходном виде 10... 12 20 35...50 14,3

Жом ботвы 30...35 17...19 40...80 25,2

Клеточный сок: 6...8 26...28 100... 150 -

белковый концентрат 30...37 39...45 150...200 4,0

оок-фильтрат 4...5 10... 12 - -

При механическом обезвоживании вместе с соком уходит значительное количество питательных веществ, жом содержит значительно больше протеина и каротина, чем исходная масса (за счет удаления влаги).

Использование продуктов влажного фракционирования возможно при получении высококачественного силоса и сенажа, травяной муки и непосредственного скармливания скоту. Полученный сок можно непосредственно спаивать птице и животным. После соответствующей переработки из него получают белковые концентраты, являющиеся добавкой к рациону скота и птицы [39].

На рис. 16 показано изменение содержания питательных и химических веществ в силосе из ботвы сахарной свеклы в зависимости от

Рис. 16. Содержание питательных и химических веществ в силосе из ботвы сахарной свеклы (w,S = 86%)

и ее жома различной влажности (w = 60...8t%)

П - протеин, К - каротин, pH - кислотность, М, У - молочная и уксусная кислота.

исходной влажности жома. При влажности жома 70...86% силос имел оптимальную кислотность ( )t соотношение молочной и

уксусной кислот - в пределах 1,5^наибольшее наличие каротина -при влажности жома 70...78%. Однако при влажности силоса из жома ботвы сахарной свеклы более 80% появляются признаки разложения белка и порчи силоса.

Исходя из результатов исследований, можно отметить, что влажность жома, предназначенного для силосования, должна находиться в пределах 70...75%, что легко достигается на ленточных прессах.

5.5. Исследование процесса разделения сока зеленых растений

Для получения белкового концентрата разработана центрифуга, позволяющая одновременно производить очистку зеленого сока от волокнистых примесей, коагуляцию очищенного сока и выделение коагулята (а. с. 1324691 и а. с. 1551427) [40, 41].

На основе экспериментальных исследований установлено, что плотность коагулята сока зеленых растений находится в пределах 1,02... 1,65*10 кг/м"5 (например, для ботвы сахарной свеклы она составляет 1428... 1552 кг/м). Вязкость коагулята зависит от его температуры. С увеличением температуры фильтра от 14 до 97°С вяз-

(ость уменьшается более чем в 3 раза и определяется уравнением

где^р - кинематическая вязкость фильтрата; £ - температура фильтрата

Размеры частиц скоагулированного сока ботвы сахарной свеклы >т 0,1 до 0,25 мм составляют 6,0%,от 0,25 до 0,5 мм - 32,0%, от 0,5 ;о 1,0 мм - 22,0%, более 1,0 мм - 39,0%. Основную массу осадка юставляют частицы размером от 0,5 до 2,0 мм (до 61%).

Влагоудерживающая способность коагулята, т. е. степень изменения влажности от прикладываемого внешнего удельного давления, интенсивно изменяется до величины 62...63% (удельное давление до 5*10 н/м*). Дальнейшее увеличение давления не приводит к существенному изменению влажности фильтрата. Коэффициент грения осадка о фильтрующую поверхность ротора, выполненную чз латунной проволоки, уменьшается с 1,3 до 0,4, с увеличением эго влажности от 75 до 95%, внешнего удельного давления от 430 цо 2300 н/м?

По результатам многофакторного эксперимента получена математическая модель процесса центробежного разделения коагулята на фракции, с помощью которой установлены оптимальные значения параметров: частота вращения ротора 33...41 рад/с, угол наклона образующей ротора - 0,43...0,48 рад, размер ячеек сетки -3,3..0,5 мм. Годовой экономический эффект от использования ком-эинированной центрифуги при производстве протеиновых концент-эатов составляет более 3,6 тыс. рублей.

6. Оптимизация технологических линий раздачи кормов

Заключительным этапом в кормовых линиях является раздача <ормов, правильная организация которой позволяет повысить продуктивность животных и снизить затраты живого труда и средств [42, 43].

Все многообразие линий раздачи кормов для крупного рогатого :кота можно свести к графу вариантов, представленному на рис. 17. В производстве получили широкое распространение как стационарные, так и мобильные раздатчики. Применяются и комбиниро-}анные схемы, включающие раздатчики обоих типов. Количество >лашин, выпускаемых для раздачи, весьма большое, имеют они различные технико-экономические показатели (в частности, в США только мобильных раздатчиков выпускается более 50 моделей). Насть машин изготавливается непосредственно в хозяйствах. Все это требует особого подхода при выборе технологии и типов раздатчице [44, 45, 46].

На основании анализа существующих методов оценки раздатчиков и поточных линий раздачи (Насибуллов И. X., Иконников И. С., Брагинец Н. В., Моисеев П. И., Коба В. Г., Зуев Д. Н. и др.), перспективы развития технологии раздачи кормов на молочных фермах и комплексах считаем, что наиболее объективным критерием оптимизации этого процесса является минимум совокупных удельных приведенных затрат на производство единицы продукции.

В отличие от технологических линий, применяемых в промышленности, линии в животноводстве наряду с машинами включают и животных, которые в значительной степени определяют режимы их работы. Однако их взаимодействие в большинстве своем случайно, нерегулярно и неритмично, поэтому режимы работы таких линий в животноводстве отличаются неравномерностью [47, 48].

Система раздачи кормов, как и любая система механизации в животноводстве, должна рассматриваться не как техническая система, а как биотехническая. Все многообразие воздействий, влияющих на ход технологического процесса раздачи кормов, можно представить в виде обобщенной структурной схемы, на которой в качестве входных факторов можно принять , ^} где

£ - управляющие факторы (производительность кормораздатчика, интенсивность загрузки, время работы машин и т. д.). На эти факторы можно оказывать воздействие, изменять их значение в допустимых пределах и посредством их управлять тем или иным процессом;

¿Е - неуправляемые факторы (длина линий раздачи кормов, ширина кормового прохода, ширина кормушки и т. д.). Возможность воздействия на эти факторы отсутствует, они стабильны и могут быть измерены;

^ - возмущающие факторы (физические: повышение или понижение температуры, разнообразные шумы достаточной интенсивности, большая влажность воздуха при низких температурах; химические: повышение концентрации в воздухе помещения окиси углерода при применении мобильных раздатчиков; кормовые: недокорм и перекорм животных, смещение времени кормления; технологические: недостаточный фронт кормления и др.) воздействуют на процесс случайным образом и некоторые из них недоступны для измерения;

1лУ - выходные параметры (количество продукции) характеризуют состояние процесса, которое возникает в результате суммарного воздействия входных параметров.

В' простейшем случае схема технологической линии имеет вид цепочки, состоящей из элементарных звеньев, причем в каждое звено поступает поток подачи, а выходит из него поток расхода. Поэтому при исследовании сложного объекта (поточной линии) необходимо, чтобы его параметры были общими как для линии в целом, так и для его объектов. В соответствии с этим при рассмотрении технологической линии в первом приближении как последовательной цепочки звеньев нужно определить зависимости ее выходных параметров от входных факторов ).

Таким образом, математическое описание процесса раздачи кормов в общем виде может быть выражено следующим набором функций:

«Г-Л -Л ///,•...... Ч.

Точность дозирования определяется технологическими допусками на процесс раздачи корма, которые назначаются с учетом зоотехнических требований, обусловленных физиологией животного и технологией промышленного производства молока. Рассмотрим некоторые предпосылки к определению зоотехнических установочных и контрольных допусков на процесс раздачи.

Погрешности дозирования, которые имеют место при раздаче, приводят к недостаточному или избыточному кормлению животных и, вследствие этого, к снижению продуктивности или перерасходу кормов на единицу продукции. Как "известно, продуктивность коров находится в зависимости от питательности рациона. При недокорме или перекорме ^^соответственно изменяется и значение функции

± Л \Х/ (здесь — Л К' - суточные прибавки и потери молока при перекорме и недокорме).

Согласно Крауспу В. Р., молочная продуктивность коров в зави-

симости от питательности суточного рациона изменяется следующим образом:

(п7f1 + 0,289 К<р , при Х<р*Х»

[49]

ц б**ъ л-рих***»

где V/ - ожидаемый суточный удой, кг;

Х?>- фактическая питательность суточного рациона, ЭКЕ;

X* - нормативная питательность суточного рациона, ЭКЕ; - условный КПД животного, %.

Величина представляет отношение энергии суточного удоя к обменной энергии суточного рациона. Для различных коров и условий внешней среды р =» (17...54) %. В практических расчетах величину Xн можно определить по таблицам, приведенным в работах Денисова Н. И., Погорепова И. Е. и др.

Величину Хц находят по формуле

где1*£>- фактический суточный удой, кг.

Уравнения для V/ могут быть использованы для количественной оценки ущерба, возникающего а результате недокорма или перекорма коров. Определив приращиваниедИ^Ж/-- суточный удой коровы) при изменении аргумента лХ=Х~Хн, после преобразования получим

'Ч-ш"*"*0**9*'* > т

суточные потери и прибавки удоя одной коровы при недокорме и перекорме; - погрешность кормления.

Погрешность кормления есть отношение фактического количества кормов^к нормативному значению данной величиныХ/у.

Таким образом, из вышеизложенного можно сделать следующий вывод: в качестве критерия оптимизации зоотехнических допускоЕ следует принимать минимум потерь, включающих в себя пoтep^ продуктивности коров и потери корма. Их можно определить следующим образом (учитывая, что при лИ=0

/7, - аУ1С1П~ ЛХСК лри лХ$0, Пг ~ А X С к ~ Л У г С т лри ¿X* О,

где ГЬ, - ущерб при недокорме и перекорме, руб. в сутки на одну корову;

Си, С/с- себестоимость 1 кг молока 4% жирности и 1 ЭКЕ корма, руб.:

У/, А^, - удой коровы при недокорме и перекорме, кг.

Если допустить, что для животных в разные сутки^ есть случайная величина с нормальным законом распределения, то наиболее вероятно, что в 50% случаев будет происходить недокорм, а в 50% - перекорм. Тогда средний годовой ущерб составит

/52 /яг

"и %, еч

где П{1>Пг%- потери от недокорма в 1 - сутки и перекорма "'в ]' - е сутки, руб.

Графически эти зависимости представлены на рис. 18. Расчеты произведены по приведенным литературным данным при следующих условиях:

0,22 руб/кг, =0,1 руб/ЭКЕ, = 10 кг,/ = 30%.

Из рисунка 18а видно, что линия, характеризующая потери от перекорма животных, расположена гораздо ниже, чем линия, описывающая ущерб от недокорма животных. Следовательно, потери от недокорма животных выше, чем от перекорма. Из анализа зависимостей П< и Пг можно сделать заключение, что ущерб будет снижаться с уменьшением стоимости кормов.

Далее, сохраняя поле допуска по размеру равным зоотехническим требованиям, т.е. +\ 5%, находим его расположение при условии минимума потерь от недокорма и перекорма животных. При этом, как видно из рис. 186, допустимые отклонения от номинального значения не равны между собой. Значение середины поля допусков, определяется из выражения

верхняя и нижняя границы поля допуска.

Согласно приведенным исследованиям Кобы В. Г., Зуева Д. Н., Костика В. Ф., распределение массы порций корма относительно среднего значения подчиняется нормальному закону распределения, поэтому значение середины поля допуска должно совпадать с величиной математического ожидания или среднего выбо-

рочного значения Цмассы дозы корма.

Таким образом, это значение является оптимальным уровнем настройки кормораздатчика по минимуму потерь денежных средств,

установочный допуск :-;з уровень настройки равен

= /4HO„ - МЦЦ или л у * ~ Çl.

Из приведенных но рчеунке величин допустимых потерь П = 0,15 >у6./гол отклонения массь! дояы не должны превышать 0,23 Qn-ei и 1С должно! быть менее 0,07£\«м.То есть, кормораздатчик необходило настроить на норму выдачи, большую зоотехнических требоеа-!ий на величину.^ — 0,08 фном.

В настоящее время для раздачи иормов на молочных фермах и :омплексах используется больщой набор различных по конструктив! о м у исполнению машин. Каждый тип машины определенным >бразом влияет на организм животных. Это может происходить за :чст изменении микроклимата помещения, в котором содержатся, кивотные, нарушения технолси ического режима и качества >ыполнения данной операции. Все эти факторы могут изменяться различным образом при использовании машин для ргзздачи коралле; | оказывать влияние fia продуктивность животных.

Таким образом, исходна» модель, учитывающая фгкюры, влия-ощие на продуктивность молочных коров, может быть описана сле-;ующей зависимостью:

= с^ лА ' ySt-л -fîu ■ f [53]

где PC£/t- реальная продуктивность в к-ый день h-ro животного;

- значение частного коэффициента, учитывающего влияние уровня кормления в к-ый день ,-п продуктивность h -го животного;

знзчение частного коэффициента, учитывающего влияние температуры воздуха коровника в k-ый день на продуктивное^ п-го животного;

У . - значение частного коэффициента, учитывающего влияние сдвига времени кормления в к-ык день для п-го животного;

- нормативная суточная продуктивность одного

■кивотного.

Уровень кормления для животных, расположенных вдоль фрон-'з, изменяется за счет неравномерности выдачи кормов корморэз-цатч.г--эми. Причем у разных машин для раздачи кормов неравномерность распределения кормов по фронту кормления колеблется 5 больших предела»; и. оказывает сильное влияние на продуктивного животных. Для расчета коэффициента с^ад путем обработки эезультатов исследования Б. Р. Крауспа получено следующее выражение: X • Д' .

(Р,7// + 0г39 -г1-) ьри Х^Хн,

Z «

мА

X, ХН

(1,684 - 0634- ■—> aPu

л*-

где Xн - нормативный уровень кормления животных, кг;

XI - фактический уровень кормления Ь-го животного, кг.

Для вывода формулы для расчета коэффициента^^ произведена кусочно-линейная интерполяция графической зависимости, полученной В. Н. Пакулевым,

0^4.4-0, огб , }

о, 92 +0,011 ¿в , * ** * 5'С , Г55;

0,96 + 0,004- 1 S°C /0°С ,

где температура воздуха в О - ой точке замера.

Температура воздуха в коровнике по всей его длине различная. Поэтому животные находятся в неодинаковых температурных условиях. Чтобы учесть влияние различной температуры воздуха на продуктивность коров, условно разбиваем длину коровника на 10 одинаковых по длине участков и допускаем, что животные, расположенные в каждом из этих участков, находятся в одинаковых условиях. Так как температура в коровнике согласно методическим рекомендациям замеряется в трех точках, для получения данных между этими точками использовался метод нелинейной интерполяции. Реальное распределение температуры описывается, очевидно,«гладкой функцией, достаточно медленно спадающей от центра коровника к торцам. В связи с этим использование линейной аппроксимации представляется некорректным. В качестве интерполяционной выбрана парабола второго порядка. Полученная интерполяционная формула имеет следующий вид:

% = б? - Сее - /Vе, [56]

где О' - температура воздуха в центре помещения; & - температура воздуха в торце помещения; О - точка расчета температуры по длине помещения.

При выводе формулы расчета коэффициента ¿ГкИ. использовались данные Шангина Г. Ф. Путем кусочно-линейной интерполяции графика зависимости продуктивности коров от времени простоя оборудования получено выражение

¿¡К/ « { °> [57]

гдедЦ£- снижение продуктивности Ь-го животного за счет задержки времени кормления; - время кормления Ь-го животного, мин.

ИУо-л и/о

Известно, что продуктивность коров с учетом индивидуальных качеств животных является инерционной величйной, так как плавно

восстанавливается примерно б течение 5...7 дней. Рассмотрим, как будет изменяться продуктивность стада животных на интервале времени 7= О -момент задержки кормления в результате выхода из строя кормораздатчика. Принимая во внимание, что Т> 7 дней, для определения эффективного среднего значения коэффициентаполучаем формулу

\Х/Ц + К/Ц [58]

Г К М '

где количество продукции, полученной от стада в течение времени восстановления продуктивности животных; - количество продукции, полученной в остальные дни периода;

М - количество животных.

Для нахождения величины 1>С//, 1»//£~заполним следующую :

таблицу 5.

Таблица 5

Динамика изменения продуктивности стада на интервале времени ( , )

День интервала Количество жизотных, дающих полную продукцию в сутки Количество животных со сниженной продуктивностью в сутки Суммарная суточная продуктивность стада, кг

0

р'м к . (1->к)М

7 8 Р?М м (1-Р7)м 0 МУ^о

Т м 0 шв

Рк - доля животных, восстанавливающих свою продуктивность на К-й день после задержки времени кормления. Данная величина берется из графина Шангина Г. Ф.

Суммируя последнюю графу таблицы, получим

Используя вышеуказанный график для определениями подстае-л я я Y//a'-t'V/U в выражение для , получим

У А * /-- --^íV-/,/

Подставляя Д íí^ ^ ы выражение дли^-д , окончательно имеем

/ ' г ' [00]

i т' ' á '

Таким образом, для расчета данного коэффициента необходимо значение двух параметров для каждого типа машин:

Т^ - среднее еремя задержки кормления из-за поломок машин;

С - средний период времени между поломками или, чго то же самое, частоту поломок в год, ^ _ 36 S

* Т~

Суммарная продуктивность стада, состоящего из М животных, за достаточно длинный период составит

(/(/= Z Z ■ w=> - [6i]

= f Л s f v

Известно, что коэффициенты ^а А > имеют временную и

пространственную динзмику. Сдвиг со времени кормлении из-за поломок кормораздатчика единый для Dcex животных данного коровника, т. е. ^л-уИ^л-. Поскольку литературные данные не позволяют моделировать поведение^, а экспериментальных данных для bli-числения^^ нет, приходится временно переходить к более грубой модели, считан, что<££-са^/"для всех реализаций. В этом случае получим

Т Ъ

к' = Z L ct^A'firA [62]

V М Ь 1 А = У

И*! последнего выражения следует алгоритм определения обобщенного коэффициента/Г,у, учигывающе! о совместное действие на продуктивность животных следующих факторов: неравномерное^ раздачи кормов, надежности оборудования для раздачи и температуры воздуха.

f М

Д'о = А- I Z ' ГбЗ]

Г ¿с / Л

Вначале находятся осредненные по реализации коэффициенты"^.^ для каждой точки замера, соответствующей определенному числу животных (группа, находящаяся примерно в одинаковых условиях). Далее определяется произведение найденных коэффи-

циентов ¡1 коэффициентов ¡¡ссм точкам ¿лмера. Полученный

результат умножается на коэффициент . Коэффициент заьи-сп7 от надежности оборудования поточной линии раздачи кормов и компоновки машин. Поэтому при расчете ^ необходимо учитывать коэффициент готовности участков поточной технологической линии.

Коэффициент готовности участков технологической линии раздачи можно определить по той же методике, что и для участков линии приготовления кормюа.

Разработан комплекс программ для решения задачи оптимизации технологической линии раздачи кормов и получемы конкретные варианты линии раздачи кормов для условий северных областей Казахстана [50].

7. Внедрение рэзультатоз научных исслэдозаний к экономическая эффективность работы

Результаты исследований рассматривались и утверждались на научно-технических совеТс)Х Министерства сельского хозяйства Казахской ССР, Годичных собраниях ВО 8АСХНИ/1, входили составной частью о отчеты МСХ Казахской СССР и ВО ВАСХНИЛ и различные республиканские и областные рекомендации.

Предложения к рекомендации по разработке и проектированию кормоцехов и кормораздаточных линий рассматривались на научно-технических советах Государственного зонального прээцтного института «Целннгипросельхоз» и были учтены при проектировании и строительство более 30 кормоцехоа и реконструкции 17 молочнотоварных ферм з хозяйстзах северных областей Казахстана. Экономический, эффект от внедрения предложений в среднем составляет более 50 тыс. руб. на один объект.

Только в Целиноградской области по разработанным предложениям было реконструировано семь кормоцехоп и системы кормо-раздачи па 4 фермах. Общий экономический эффект от использования предложений составил 520 гыс. руб.

Результаты исследований и техническая документация по разработке шнекевого пресса приняты Головным лкспориментально-кон-сгрукгорским институтом по машинам для переработки грааы и соломы (ГЭКИ, г. Вильнюс), ленточного пресса и центрифуги - ОПКБс ЭП ЦНИПТИМЭЖ (г. Запорожье) и Проблемной научно-исследовательской лабораторией РИСХМа (г. Ростов).

Производственным объединением принята документация на изготовление пятнадцати комплектов оборудования (ленточный пресс, центрифуга) для пот очной линии приготовления обезвоженных кормов.

Всесоюзный научно-исследовательский институ! ВИНИТИ!-! (г, Тамбов) использовал документацию на изготовление ленточного пресса с целыо его установки для снижения влажности сырья в линии приготовления витамчнно-травяиой муки.

По данным Министерства сельского хозяйства Казахской ССР общий экономический эффект от внедрения результатов исследований составил более 2,5 млн. руб.

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что качество корма изменяется на всех этапах его подготовки и использования: получения кормового сырья, хранения, переработки отдельных компонентов и всей смеси в целом, транспортировки, раздаче. В значительной степени показатели качества корма изменяются в зависимости от применяемой технологии обработки и используемых технических средств. Поэтому проблему повышения эффективности использования кормов на фер>мах необходимо решать путем последовательного и всестороннего рассмотрения на всех этапах технологического процесса, используя различные методы исследования и, в первую очередь, методы оптимизации.

2. В качестве одного из основных критериев оптимизации поточных линий использования кормов целесообразно взять минимум совокупных удельных приведенных затрат на производство единицы животноводческой продукции. Частные критерии - минимум стоимости кормов, минимум затрат на отдельные процессы или отдельные технологические линии не дают объективной оценки степени совершенства принятого решения.

3. Работа каждого из кормоцехов или других сельскохозяйственных объектов оценивается множеством показателей. С целью проведения группировки всей системы кормоцехов в однородные по некоторым параметрам группы, выделения в них типовых (средних) представителей, определения параметров их функционирования, по которым возможно с некоторой достоверностью судить о функционировании всей системы, а также принимать конкретные решения, распространяющиеся на всю систему, целесообразно использовать алгоритмы распознования образов по программам классификации многомерных объектов.

4. Анализ существующих кормоцехов влажных смесей в областях Северного Казахстана, выполненных по типовым проектам и разработкам специалистов хозяйств, показал, что их можно классифицировать по 11 группам. Наибольшее количество (44%) входит в третью группу цехов, производительностью 5...13 т/ч. Технологические линии кормоцехов этой группы предназначены для переработки грубых и сочных кормов и последующего их смешивания.

Анализ технологий существующих в стране и Казахской ССР предприятий по производству формованных кормосмесей и типовых проектов таких объектов показал, что наибольшее количество из них (40,7%) предназначено для приготовления смесей из отходов производства (соломы, половы), искусственно обезвоженных кор-

лов и концентратов, Одни из компонентов (концентраты или ВТМ) отовятся отдельно и доставляются в приемные бункеры. Корма ложно готовить круглый год из различных компонентов при сравнительно невысоких затратах на приготовление и хранение.

5. Разработана модель оптимизации рациона с учетом технологии збработки компонентов смеси. При оценке рационов по затратам на приготовление 1 т кормосмеси наиболее экономичными будут эационы с низким содержанием (до 10%) искусственно обезвоженных кормов и высоким содержанием грубых кормов (до 40...60%). При оценке по питательности наиболее предпочтительными являют-:я рационы с высоким содержанием грубых кормов - 60%, а зернофуража - до 25...40%. При оценке же по выходу конечной продукции (учитывается влияние состава кормосмеси на увеличение 1родуктивности животного), наиболее выгодными являются рационы : содержанием искусственно обезвоженных кормов до 30%, зернофуража - до 20%, грубых кормов - до 40...45%, минеральных до-завок. При содеражнии искусственно обезвоженных кормов в районе выше 30% эффективность применения трав искусственной :ушки снижается.

6. Установлено, что в процессе механического фракционирова-1ия зеленых кормов в рабочих органах происходит образование уп-ютнения твердой фракции у фильтрующей перегородки, что тор-лозит отделение жидкой фракции. С целью повышения эффектив-юсти фильтрации необходимо применение периодического нагру-кения растительного сырья.

Применение вибрации в шнековом прессе при обезвоживании ■астительных кормов влажностью 76...82% позволяет уменьшить дельные энергозатраты на выделение влаги до 7...10 кДж/кг, что

1,5...2 раза ниже, чем при использовании шнековых прессов типа ПНД, снизить влажность обезвоженной массы корма до 60...64% с одержанием сухого вещества в соке 2...6%. Использование прес-ов в технологии получения травяной муки сокращает удельные нергозатраты при искусственной сушке на 4900 кДж/кг влаги и величивает производительность сушильного агрегата в 1,5...2 раза.

7. Применение методики системного анализа позволило выявить закторы, оказывающие наибольшее влияние на технологию приго-эвления кормов. При этом система приготовления должна рас-матриваться как биотехнологическая. Учет повышения питательно-ги отдельных компонентов и готовой кормосмеси с использовани-м энергетической оценки дает возможность определить теорети-ески основную и дополнительную продукцию (молоко), на основа-ии чего проводится дальнейшая оценка целесообразности строи-эльства кормоцехов. За счет подготовки компонентов в кормоце-ах их энергетическая питательность может повышаться до 27%.

8. Разработана методика расчета поточных линий кормоцехов, пределения времени работы смесителей и других машин. Обосно-

вана оптимальная вместимость накопителей, установленных межд поточными линиями обработки Компонентов и линией сбора и смс шивания. Для выбора рациональных ПТЛ приготовления корме разработана математическая модель обоснования структуры и сс става машин.

Предложены рациональные компоненты оборудования корме цехов для поголовья 200...2000 животных с удоями 6...24 кг.

9. Анализ существующих методов расчета ПТЛ раздачи корме показал, что в процессе прсектнроеаичя не учитывается качеств выполнения технологического процесса и впияние, оказыааемое м; шинами на организм животного: время кормления, неразномег ность распределения корма по фронту кормления (которое у всс машин превышает зоотехнические допуски) и др. Потери корме выше у мобильных кормораздатчиков и составляют 2...4%, у стац! онарных -0,29.. .0,44%. При использовании мобильных раздатчике значительно изменяется микроклимат помещений: относительна влажность воздуха (и коровниках, расположенных на территорт Северного Казахстана) снижается на 8...12%, уровень звукового д< вления достигает 91.,.97 дБ, концентрация окиси углерода 15...I мг/м , температура воздуха снижается до -8*С при наружной тел пературс -24°С. При работе стационарных раздатчиков из параме ров микроклимата изменяется ■ уровень звукового давлени который находится в интервале 56...88 дБ.

'0. Разработана методика расчета коэффициента, учитывающе,' совместно» влияние факторов на продуктивность животных при и пользование различных машин в линиях раздачи кормоа. Предл« жена математическая модель и программа расчетов, лолучен конкретные предложения по комплектованию ПТЛ раздачи корм< для молочных ферм и комплексов с поголовьем от 200 до 1200 к роз и содержанию их в разпичных по архитектурмо-ппамирлвочнел, решению зданиях.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Наиболее целесообразно учитывать затраты на приготовлен! прессованных кормовых смесей по выходу продукции жизотново, субз (учитывается и влияние состава кормосмеси на увеличат продуктивности животного). В этом случае выгодными для тан кормоз являются рационы с содержанием »скусстаснно обезь женных кормов до 30%, зернофуража - до 20%, грубых кормов до 40-45% и различных добавок.

2. Проектиросание и строительство цехов прессованных корм целесообразно для обслуживания нескольких хозяйств с общим п голоеьем 20.. 25 тыс. крупного рогатого скота. В качестве основн! мзшмг* и агрегатов, обеспечивающих минимум удельных прмведс ных затрат гн> технологическим линиям, берутся следующие:

- на заготовке зеленой массы - КСК-100;

- высокотемпературной сушке - АВМ-3,0 - 2 шт.;

- измельчении зернофуража и смешивании его с добавками -

ОКЦ-ЗО;

- приготовлении питательных растворов - СМ-1,7;

- измельчении грубых кормов - ИСК-30 - 2 шт.;

- смешивании компонентов и формировании брикетов - ОПК-5 -

2 шт.

¿"^Рекомендации по обоснованию мощности, расположению цехов и выбору машин для приготовления формованных кормов'1' Целиноград, 1982).

3. Строительство кормоцехов для подготовки смесей с большим содержанием в рационе соломы и ее термохимической обработкой начинает окупаться при поголовье более 200 коров с суточным удоем более 6 литров. При удое 24 литра возможно содержание стада в 100 голов.

С целью обоснования возможности строительства кормоцехов и ; выбора машин можно использовать «Рекомендации по выбору оптимальных поточных технологических линий кормоцехов для приготовления влажных кормосмесей на молочных фермах и комплексах Целиноградской области» (1989 г.).

4. Для выбора рациональной линии раздачи кормов целесообразно использовать математическую модель и программу обосно- | вания структуры и состава машин, учитывающих качество выполне- ' ния технологического процесса и влияние, оказываемое на орга- ! низм животных при содержании их в различных по архитектурно-планировочному решению зданиях. («Рекомендации по выбору оптимальных ПГЛ раздачи кормов на молочных фермах и комплексах». Целиноград, 1986 г.)

5. Проектирование установок для фракционирования кормов нужно производить с учетом уплотнения корма до 5 МПа, диаметром отверстий поверхности фильтрации 2...2,5 мм (или шириной щели до 2,0 мм). В шнековых прессах скорость вибрации рабочего органа 0,57...0,94 м/с, время нахождения корма в рабочей камере - 10 с. Для ленточного пресса время нахождения корма в рабочей камере - 10 с; дополнительная составляющая вибрационной нагруз- ! ки - 30% от величины основной.

Разделение коагулята на фракции целесообразно производить на комбинированных центрифугах, у которых частота вращения ротора ; 33...41 рад/с, угол наклона образующей ротора - 0,43...0,48 рад, размер ячеек сетки - 0,3...0,5 мм. ,

Для закладки на силос жом из ботвы сахарной свеклы должен иметь влажность 70...75%.

* * *

По материалам диссертации опубликованы следующие основные работы:

1. Завражнов А. И. Технологическое проектирование ферм и комплексов. Инж. методы расчетов в животноводстве: /Учебн. пособие дпя высш. с. - х. учеб. заведений по спец. «Механизация сел. хоз-ва». - Алма-Ата: Кайнар, 1982. - 262 с.

2. Завражнов А. И., Кузнецов А. А, За эффективность молочных комплексов // Сел. хоз-во Казахстана. - 1978. - № 9. - С. 37-38.

3. Завражнов А, И., Шиянов Н. И., Коровин В. В. Обоснование и выбор технологической схемы кормоцеха для ферм крупного рогатого скота в Северном Казахстане // Вопросы кормопроизводства и рацион, использования кормов в условиях Сев. Казахстана: Сб. тр. / Цэлиногр. СХИ. - 1974. - С. 145-151.

4. Завражнов А. И. Задачи системного подхода при разработке промышленных животноводческих комплексов // Совершенствование конструкции и повышение надежности машин, работающих в сел. хоз-ве Сев. Казахстана: Тр. / Целиногр. СХИ. - 1974. - С. 164-172.

5. Завражнов А. И. О поточных пиниях в животноводстве // Совершенствование конструкций и повышение надежности машин, работающих в сел. хоз-ве Сев. Казахстана: Тр. / Целиногр. СХИ. - 1976. - Т. 14, вып. 3. - С. 42-49.

6. Завражнов А. И., Коровин В. В. К вопросу моделирования процесса приготовления кормов в кормоцехах // Производство и приготовление кормов в сев. областях Казахстана: Тр. / Целиногр. СХИ. - 1979. - Г. 24. - С. 73-80.

7. Завражнов А. И., Шляк В. К. Основы инженерных методов расчета в животноводстве: Учеб. пособие. - Целиноград, 1979. - 48 с. - / Целиногр. СХИ/.

8. Завражнов А. И. Оптимизация производительности цехов приготовления кормосмесей // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. - 1985. - № 2. - С. 16-22.

9. Завражнов А. И., Войцеховский Ю. П. Кормоцех для приготовления увлажненной кормовой смеси: Информ. лист. / КазНИИНТИ. - Алма-Ата, 1976. - N° 280.

10. Завражнов А. И., Палаткин Н. Г. Цех теплохимической обработки кормов: Информ. лист. / КазНИИНТИ. - Апма-Ата, 1974. - № 319.

11. Завражнов А. И., Николаев В. П. Цех по приготовлению гранулированных кормов и кормовых смесей: Информ. лист. / КазНИИНТИ. - Алма-Ата, 1974. -№ 490.

12. Завражнов А. И., Вильгельм Я. Я. Рекомендации по обоснованию мощности, расположения цехов и выбору машин для приготовления формованных кормов. -Целиноград, 1982.

.13. Завражнов А. И. Оптимизация технологических процессов приготовления и использования кормов // Вопросы технологии произв. процессов в пром. животновод. комплексах: Тр. /Чепяо. ин-т механизации и электрификации сел. хоз-ва. -1976. - Вып. 114. - С. 5-12.

14. Завражнов А. И., Чернявский А. И., Зейнулпин К. Ш. Рекомендации по выбору оптимальных поточных технологических линий кормоцехов дпя приготовления впажных кормосмесей на молочных фермах и комплексах Целиноградской области. - Целиноград, 1989.

15. Завражнов А. И., Николаев Д. И. Механизация приготовления и хранения кормов: Учеб. пособие для студентов высш. учеб. заведений по спец. «Механизация сел. хоз-ва». - М.: Агропромиздат, 1990. - 336 с.

16. Завражнов А. И. Производство и приготовление кормов в Северном Казахстане: Учеб. .пособие. - Целиноград, 1979.

17. Завражнов А. И., Доценко В. М., Барышников В. Ф. Техническое обслуживание ферм и комплексов: Учеб. пособие. - Целиноград, 1982.

18. Механизация приготовления и хранения кормов: Прогр. для е.- х. вузов по спец. 1509. - М.: Копос, 1984.

19. Завражнов А. И. и др. Совершенствование управления производственными транспортными подразделениями / СО ВАСХНИЛ. - Новосибирск, 1975.

20. Завражнов А. И. Коэффициент готовности участков поточной пинии кор-моприготовления // Эксплуатация техноп. оборудования для приготовления кормов на фермах. - Л., 1983. - С. 32-38.

21. Завражнов А. И., Шнельбах И. К. Обоснование критерия оптимизации поточных технологических линий раздачи кормов на фермах и комплексах крупного рогатого скота // Тр. / Целиногр. СХИ. - Т. 52.

22. Завражнов А. И., Вильгельм Я. Я. Обоснование критерия оптимизации и

:пособа расчета поточных технологических пиний предприятий по производству формованных кормов // Механизация земледелия и животноводства^ сев. обла-:тях Казахстана: Тр. / Целиногр. СХИ. - 1981. - Т. 40. - С. 65-74.

23. Завражнов А. И., Вильгельм Я. Я. Обоснование оптимальной мощности це-(ов (заводов) по производству формованных кормов // Вопросы комплексной механизации в животноводстве: Тр. / Челяб. ин-т механизации и электрификации :ел. хоз-ва, - 1979. - Вып. 153. - С. 37-39.

24. Завражноа А. И., Шиянов Н. И. Кратний справочник механизатора-животно->ода. - Алма-Ата: Кайнар, 1976. - 264 с.

25. Завражноа А. И. Промышленное приготовление кормов // Сел. хоз-во Ка-¡ахстана. - 1980. - N9 10.

26. Завражноа А. И., Чернявский А. И. Экономическая эффективность работы <ормоцехов по приготовлению кормосмесей дпя крупного рогатого скота // Интенсификация кормопроизводства о условиях Сев. Казахстана: Тр. / Целиногр. :ХИ. - 1935. - Т. 65. - С. 97-105.

27. Зейнуллин К. 111., Завражноа А. И. Технолбгия механизированного лриготов-пения кормов. - Алма-Ата: Кайнар, 1976. - 118 с. - На каэ яз.

23. Завражноа А. И., Троцкий ср. Э. Обоснование основных параметров механического фракционирования растительных кормов // Механизация произв. процессов в животноводстве: Тр. / Челяб. ин-т механизации и электрификации сел. хоз-ва. - 1930. - Вып. 156. - С. 60-63.

29. Завражнов А. П., Николаев В. П., Троцкий В. П. Установка для брикетирования кормовых смесей: Тез. докп. обл. науч. конф. по повышению надежности и качества работы машин с.-х. пр-ва. - Целиноград, 1975.

30. Завражнов А. И., Троцкий Ф. Э. Исследование факторов, повышающих эффективность процесса обезвоживания растительных кормов // Механизация земледелия и животноводства в сев. областях Казахстана: Тр. / Цепиногр. СХИ. -1931. - Т. 40. - С. 75-82.

31. Завражноа А. И., Троцкий Ф. Э. Интенсификация процесса обезвоживания зеленых кормов // Вестник с.-х. науки Казахстана. - 1981. - N9 9.

32. Завражноа А. И., Троцкий ф. Э. Экспериментальное исследование процесса отжима влаги из зеленой массы растений // Интенсификация кормопроизводства и кормоприготовпеиия в сев. областях Казахстана: Тр. / Цепиногр. СХИ. -1982. - Т. 49. - С. 69-74.

33. Завражнов А. И. Производительность машин в линиях приготовления формованных кормов // Вестник с.-х. науки Казахстана. - 1983. -N2 7. С. 89-93.

34. Завражнов А. И. Технология механизированного приготовления кормов в Северном Казахстане. Ч. 1. Технологические операции и машины: Учеб. пособие.

- Целиноград, 1 975. - 114 с.

- 35. Антипоа Н. И., Абдрашитов А, X., Завражнов А. И. Кормовой гектар дает отдачу // Пр-во кормов на потоке. - Алма-Ата: Кайнар, 1983. - С. 105-120.

36. А. с. 1400896 СССР. Пресс для отжима высоковлажной растительной массы / А. И. Завражноа, С. А. Пимкин. Заявлено 04.10.86; Зарегистр. 08.02.88.

37. А. с. 1333594 СССР. Пресс для фракционирования высоковлажной растительной массы / А. И. Завражнов, С. А. Пимкин. Заявлено 18.04.86: Зарегистр. 01.05.87.

38. Завражнов А. П., ЛимЗин С. А. К расчету рабочего органа ленточного типа // Совершенствование средств механизации в животноводстве: Сб. науч. тр. / Воро.неж. СХИ. - 1987. - С. 22-30.

39. Рекомендации по совершенствованию технологии ведения овцеводства в Тамбовской области / [Разраб. аат. копп: Завражнов А. И. и др.]. - Тамбов, 1990.

- 27 с.

40. А. с. 1551427 СССР. Центрифуга для разделения суспензии / А. И. Завражнов, А. М. Абдыров. Заявлено 28.01.88; Опубл. 23.03.90; Бюп.Ыз 11.

41. Завражноа А. И., Абдыров А. М. Исследование процесса разделения сока зеленых растений на фракции и некоторых его физико-механических свойств // Совершенствование средств механизации в животноводстве: Сб. науч. тр. / Воронеж. СХИ. - 1987. - С. 41-45.

42. Завражнов А. И. Обоснование направления развития средств комплексной механизации животноводства на целине. - Целиноград: Знание, 1976.

43. Зейнуллин К. Ш., Завражнов А. И. Механизация перевозки и раздачи кормов. - Алма-Ата: Кайнар, 1980. - 174 с.

44. Завражнов А. И. Сетевое планирование средств комплексной механизации и монтажных работ а животноводстве // Н?род. хоз-во Казахстана. - 1976. - № 8.

45. Завражнов А. И., Дмитриев Т. Л. Рзз^ддч^ формованного корма вибрацион-

ными транспортерами // Механизация и электрификация соц. сел. хоз-ва. - 1977

- Ns 7. - С. 42.

46. Завр1Гжноа А. И., Антонов А. ф. Вибрационный раздатчик кормов с верхно гибкой подвеской // Механизация полеводства и животноводства: Тр. / Целиног рад. СХИ. - 197S. - Т. 13, вып. 8. - С. 103-108.

47. Завражноа А. И. Технический прогресс а животноводстве на целине // Ос воение целины - всенарод, подвиг. - М.: Колос, 1980. - С. 147-15!.

48. Практикум по экономике сельского хозяйства: Учоб. пособие для студен тов с.-х. вузов по спец. «Механизация сел. хоз-ва» и «Электрификация сел. хоз ва» / А. Р. Палий, В. М. Левин, А. И. Зааражнов и др. - М.: Колос, 1976. - 173 с. / Учебники и учеб. пособия для высш. с.-х. учеб. заведений/.

49. Матусевич В., Высокос Н. П., Зааражнов А. И. Зоогигиена в животноводче ских комплексах. - Алма-Ата: Кайнгр, 1977.

50. Зааражнов А. И., Шнельбах И. К., Денисюк Н. П. Рекомендации по выбор оптимальных поточных технологических пиний раздачи кормов на молочных фср мах и комплексах Целиноградской области. - Целиноград, 1984.

51. Зейнуллин К. Ш., Зааражнов А. И., Аленоаа К. Т. Механизация, электрифика ция и автоматизация животноводства: Учеб. пособие. - Целиноград, 1980. - 75 с. / Целиногр. СХИ /.

52. Рекомендации по технологии заготовки кормов для хозяйств Целиноград ской области / Разраб. авт. кол. Завражноа А. И. и др. - Целиноград, 1972.

53. Рекомендации по экономической эффективности животноводства в Север ном Казахстане / Разраб. авт. коп.: Завражнов А. И. и др. - Целиноград, 1973.

54. Рекомендации по системе ведения сельского хозяйства: Тургайская обл. , Разраб. авг. кол.: Зааражнов А. И. и др.. - Алма-Ата: Кайнар, 1977. - 312 е.: карт.

55. Рекомендации по системе ведения сельского хозяйства Цепиноградско> области / Разраб. авт. коп.: Завражнов А. И. и др.. - Алма-Ата: Кайнар, 19SQ.

56. Рекомендации по возделыванию кормовых культур, заготовке и приготоало нию кормов а Целиноградской области / Разраб. авт. кол.: Завражнов А. И. и др.

- Целиноград, 1978.

57. Рекомендации по увеличению производства и повышению качества грубы: и сочных кормов в хозяйствах Целиноградской области / Разраб. авт. коп.: За вражнов А. И. и др.. - Целиноград, 19SQ.