автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование процесса индивидуальной раздачи концентратов на доильных площадках

ЧЕЛЯБИНСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ МЕХАШЗА1Щ И ЭШТШЖА1Ш СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

На правах рукописи

БУДШН Сергей Васильевич

УДК 636.2.0844744

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИЩЩЩУАЛЫЮЙ РАЗДАЛИ КОНЦЕНТРАТОВ НА ДОИЛЬНЫХ ПЛОЩАДКАХ

05.20.01 - Механизация сольскохозяйстяонного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук /

Челябинск - 1990

Работа выполнена в отделе механизации сельскохозяйственного производства Уральского НИИ сельского хозяйства НПО "Среднауральское" (г.Свердловск).

Научный руководитель - эас.чужешшй инненер сельского

хозяйства РС\СР, кандидат технических наук, профессор

П.Я.ЛЕОНТЬЕВ

Официальные оппонента - заслуженной деятель науки и

.техники РС*СР, доктор технических наук, профессор

А.П.КАРТАШО'А

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Г.И.СЛЯТАНОВ

Ъедуцее предприятие - НИИ сельского хозяйства

Северного Зауралья (г.Тюмень)

Защита состоится 16 " ^¡СО^риЛ 1990 г. (0 часов на заседании специализированного совета

К.120.46.01 Челябинского ордена Трудового Красного Знамени института механизации и электрификации сельского хозяйства по адресу: 454080 г.Челябинск, пр.им.Ленина, 75.

С диссертацией мокно ознакомиться в оибша отеке института Автореферат разослан " /6 " ШХ&ЬрлД_1990 г.

'.ученик секретарь специализированного сонета, кандидат технических наук, ¡1 /-¿У'

профессор . ' ' и.И.^г.ОНТЬР.В

ОВДАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОШ

Актуальность теш. Производство молока в 1989 году в стра-э достигло уровня 108 млн.т, что практически соответствует оставленным государственным задачам в планах обеспечения жи-отноводческой продукцией, Прирост, главным образом, подучен а счет повышения продуктивности коров, одним из основных фак-оров которого является сбалансированное рациональное кормлена. Это все в большей мере в настоящее время объясняет соеда-ение группового нормирования хормосыесей с индивидуальным нор-ированием концентратов (концентрированных кормов)* по продук-ивности, как наиболее энергетически ценных кормов.

Известно, что на малых и средних фермах при привязном со-[ержании проблема норшрованиого кормления воров даже при нв-юстаткв технических средств решается отчасти. Сложность про-шашвнных технологий производства молока на крупных фермах и сомплексах в условиях обезличенносги животных заключается в графическом отсутствии нормирования концентратов по продуктив-юсги. Кормораздатчика к доильным установкам типа "Тандем" и 'Елочка" не соответствуют в полной мере поставленным требованя-7м и не находят поэтому поютого применения. Это влечет за со-5ой нарушение обмена веществ у .тавотных, снижение продуктивности, перерасход кормов, яовыиенае себестоимости продукции и является одной из причин неудовлетворительных показателей ра-Зоты большинства крупных молочных ферм я кошлексов Нечерноземной зоны РСа€Р.

Техническое решение проблемы нормированной раздачи концентратов в настоящее время связывают, как правило, с применением электронных систем на базе микропроцессоров н микро-ОБМ, включающих в себя измерение выдоенного молока индивидуальными датчиками-счетчиками п управлением дозаторами кормов с учетом подученной .V имеющейся информации. Но танов направление в достаточно;! мере не обусловлено современным положением дел при промышленном производстве молока.

Б связи с этим разработка устройств индивидуальной раздачи /

концентратов на доильных площадках,, состоящих из датчиков-до- I

токомеров молока и порционных дозаторов, является актуальным реиенло;,: на пути применения электронных систем а имеет ванное

х Ь дадьнейые'я- по тексту под понятием концентраты имеются в виду концентрированные корма

практическое значение. Работа выполнена в соответствии с координационным планом научно-исследовательских работ в кивотново; стве НПО "Среднеураяьскоэ" по теые 03.02.112 "Усовершенствован систему нормирования кормления полочного скота на фермах и комплексах прл привязном и беспривязном содержании" (;,? гос.регистрации 01870036728) к тематическим планом научно-исследова-TGJLbCK'îx работ ЧИМЭСа.по теме 10 "Разработать элективные методе использования и совершенствования техгаисп в животноводстве и организации труда с учетом производства продукции на индустриальной основе" (й гос.регистрации 01860022526).

Цель исследования. Повышение эффективности лспользова1шя концентратов на основе совершенствования t-ехнических средств раздачи с учетом продуктивности животных.

Объект исследования. Процесс порционной раздачи концентратов в пропорциональном соответствии с выдаиваемым от коро-su молоком на доильных площадках.

Предает исследования. Обоснование схемы и определение оптимальных конструктивно-технологических параметров устройства индивидуальной раздачи концентратов с учетом зоотехнических требований.

Ярусная новизна. Впервые выявлены теоретические предноси, ки разработки процесса индивидуальной раздачи концентратов на доильных площадках во враля доения в зависимости от интенсивности is времени молокоотдачи. Получено дифференциальное уравнение процесса, установлена теоретическая зависимость порционной раздачи концентратов от интенсивности и времени молокоот-дачи. Обоснована конструктивная схема устройства к выполнено определение допускаемой величины погрешности. Получены аналитические зависимости для определения основных конструктивно-технологических параметров поплавкового датчика-потоко.чера молока, регулируемого пульсатора для формирования пкевмошпуяь-сов управления, порционного шнекового дозатора. Разработана 1 методика оценки параметров процесса дозированной раздачи в за-

j виоямбсти от интенсивности молокоотдачи и норш скармливания

\ ' концентратов с требуемой точностью и надежностью. Эксодздмен-

j гально определены оптимальные технологические параметры npouei

• са о учетом наименьшей погрешности, разработана методика рас-

» чета иа] т-:,"отров о. -учетом зоотохничес:--1/ тресоваа-л к ыызнноу.

доению, инадвадуальчо;.у учету молока и ¿агцель концентратов. НоЕизна тйхниог^кого ршзенкя .иодтвергаена нололлтеяыкм реше-

ни ем ВШМГПЭ по заявке 4659II5/S0-I5 от 0S.03.89.

Практическая ценность. На основании теоретических и экспериментальных исследований опрздолеш оптикалыше параметры и . реяиш работы устройства индивидуальной раздачи, обеспечивающие требуемый допуск погрешности на выдачу концентратов и отвечающие требованиям заданного доения и индивидуального учета молока. Разработана техническая документация на изготовление устройств н их гснтаг на станки доильной установки.

пнедг-сн'.ш. Устройства индивидуальной раздачи концентратов прозли производственную проверку и внедрены на молочном комплексе ОПл "Трифоновское" Свердловской области. Результаты исслздованпп, методика расчета к техническая документация на изготовление устройств и и:-: монтаж приняты для разработки кормораздатчиков доильных установок ГСКБ по комплексу машин для .хера крупного рогатого скота (r.Rira) и Olli ПО "Кургансельмэт" по производству доильных установок.

Апообапля. Результату исследований доло:кеш, обсуждены и * одобрена на научно-:.'ето;г'.чесгах советах по пмзотновопству Уральского К'Л1 сельского хозяйства ЕЮ "Средлеуральскоч" (19о7-19£5 годы), научно-технических конференциях ЧИМЭОл на секции !.:зха:п:зацин производственных процессов в яавотноводстпч (Itc3-Ib-90 годи}, региональных нау'шо-пропзшдствень'н;:. кон-¡Горенциях "олоднх ученчх и - следпалистов ИЗ РСССР (г.Сшрдлозок, It'BS, 1990 года).

Дубтакация • Но то:.:е дассортгвдз опублакоиаио 0 печатлп работ, подучено поло:;-!теяьноз решение EHlLiTiiJ,

Объе'.; работа, диссорта-чня состоит из вволенап, пяти г лаг*, сбдах выводов, списка лзтературы, включаэаего 155 иакшиона-или л 16 приложении. Работа изломана на 114 страницах основного машинописного текста и содержит 35 рисунков и таблиц.

солжлке тлют

Введение содерудт краткое обоснованно актуальности тегл-i нс-слгловшшЬ и краткую аннотацию основннх результатов работл.

j net=BoI? т.тсзз "Состояние вопроса. Цель я задачи последо-! раом«ят внк осно>я корллровзиного кормления дойных теории, uwoKVjc ::ан!■ .'пили раздачи кормов и концентратом а су-'Чгь раздачи концентратов ио продуктивности,

-.J 1 уст; О-'СТР л.чл молока.

От.-'-ти'-.-.л, '¡то г.:1.->ч.-,ча концентратов коровам на доидьнн;;

площадках в зависимости от продуктивности в достаточной мера отвечает современным принципа;,! рационального энергетического кормления н позволяет в зависимости от конкретных условий повысить продуктивность животных и снизить удельный расход кормов.-

Ь исследование процесса дозирования f/атеркаяав вообще, дотированной раздачи кормов г. концентратов б частности и совершенствование средств механизация дозирования судэстБэигаИ вклад внесли С.Л.Орлов, ¡и.Д.Бидинеов, А.»¡.Григорьев, A.Q.СпиваковокиЙ, В.Г.Коба, А.А.Омеяьченко, Р.ГЛ. Славин, Г.Г,!.Кукта, А.А.Лниваканх и др. Анализ рассмотренных конструкций дозаторов показал целесообразность использования для работы с сухими концентратами шнекового рабочего органа ссоетегствущей доработкой, в достаточной мере отвечающего требованиям стабильного Нормирования порций корма.

ß области индивидуальной раздачи концентратов .по продуктивности коров находят применение пневматические устройства, включающие в себя датчик-счетчик молока для замера и подачи пневмоишульсов управления и порционный дозатор с пневмоприводом. Разработкой таких устройств занимались В.П.Бабкин, А.К.Трииин, Д.В.Овдиенко, И.К.Текучев, Н.И.Нроничев, Ю.В.Яобачев и др. Такое решение проблемы индивидуального нормирования концентратов на пути дальнейшего применения микро-ЭЪЫ и микропроцессоров в существующих условиях молочного животноводства представляется наиболее приемлемом.

Однако процесс индивидуальное раздачи концентратов во время доения в зависимости от продуктивности изучен недостаточно. Применение датчиков-счетчиков шлока порционного типа не соответствует в полной мера своему функциональному назначению,, предопределяя погрешность замера и несколько нарушая процесс транспортирования молока по моЛоколроводу. Ь атом плане .опре-\ деленный интерес представляют расходомеры и потокомери хидкос-

^ та, изучением которых на молоке и других жидкостях занимались

i А.й.Карташов, Ю.Д.Виданеев., П.П.Кремлевскик, А.Т.дуб,

) Ъ.л.шкурченко и др. Анализ лееяе/совагшй и конструдач: поплап-

; новых потокомеров свидетельствует о болов элективном их ис-

1 пользовании в устройствах -ппдк-вгцуаямюй раздачи с ооеггетет-

!

вувщол доработки передаточного <шеиа.

На основании витслзкояччулэ •» -соогвятстак: о ¿«паглепок tioibw нг.1м;сдовзЕии Б ра'Зг^о решалась следу w>;e задел»: .

J. сходя "из осог'ег:: .ее.-./. ч,'¡оиког\> нпрмлро:?'' г. t

концентратов в зависимости от продуктивности" выявить предпосылка разработки процесса и рационального устройства индивидуальной раздачи.

2. Описать процесс индивидуальной коршраздачи, обосновать допуски на точность дозирования, провести '-теоретические исследования поплавкового принята замера :.?ояока и условий фор.чиро-вашш пневмолипульсов управления пульсаторов.

3. Определить и обосновать основние конструктивно-техноло--гические параметра поплавкового датчнка-потококера молока с регу -лируешм пульсатором и усовершенствованного ипекового дозатора.

4. С целью проверю! теоретических исследовании и оптимизации параметров процесса выполнить экспериментальные исследования устройства индивидуально.! раздачи концентратов.

5. Провести производственную проверку олитных образцов устройства, определить экономическую гй^ективность и практическуи целесообразность применения.

Во второй главе "Разработка и теоретическое исследование процесса индивидуальной раздачи концентратов коровам в зависимости от выдоенного молока" дани теоретические предпосылки исследования процесса раздачи а разработки устройства,обоснована конструктивная схеиа и допуски на точность дозирования, получены аналитические выражения, описиваэдпе процесс измерения молока а Формирования пневмолыпульсов управдалшя, определены основные конструктивно-технологические параметра устройства.

Процесс раздачи концентратов во времени, как и интенсивность молокоотдачи в соответствии с исследованиями Л.П.Карта-ыова, представлен линейным дифференциальным уравнением второго порядка с постоянными коэйфщиелтаки

и*(-Ь) + ри(-Ь)+Я г=0< (1)

где и- производительность дозатора в любой момент времени» и"(1)- увеличение производительности такие в любой момент времени; р, (|. - постоянные коэффициенты.

Функция и (Ь) , представляющая со^рй кривую выдачи кон- /

центратов, при решении дифференциального уравнения определена I

при ^ > 0 ^ I

(2) 1

при — су = 0 как ;

и(1)==(С, + егЪ)еГ^, (3)

где 2«,га ~ К-°РН11 характеристического уравнения; С»,Са - постоянные интегрирования.

£ общей случае с учетом формирования -пневшимпульеов упр здания уравнение индивидуальной раздачи. концентратов пред-ставдено следующим образом;

где [Э (■{,) - количество выданного" кор.\:а за время доения;

р^ - масса единичной порции дозатора; к,, кг - кооффиад та пропорциональности структурных элементов датчика-доток мера; <}(!) - интенсивность молоко отдачи по времени доения Разработано устройство индивидуальной раздачи концентрат с учетом интенсивности и времени мояокоотдачи, состоящее из инекового рабочего органа с пневмоприводом и датчика-потоког.к молока с регулируемым пульсатором дая формирования пневмоиы-пульсов управления с уведичшшок управляющей камерон, ддтчик-токомер I содержит (рлс.1) стакан I с шлиброванным отверстием- 2, крышку 3 с патрубками, поплавок 4 с конусным хвостовикс 5-е полны плунжером 6 с отверстием 7, головку 8 кришш 3 с в( духопроводящей камерой 9, переходник 10 плунжера 6. Через пе] ходник 10 и воздухопроводящую камеру 9 с датчиков потокомерс; соединен пневмоашшгаш регулируемый пульсатор ¡1 в месте канала, соединяющего две его камеры II и 12 переменного вакуум« Подвод вакуума к пульсатору 5 осуществляется от вакуумпрово, а выходной патрубок его соединен с пневиоцалиндром 13 порции ного шнекового дозатора Ш , который снабжен реечной передачей 14, храповым механизмом 15 и прулшной 16 для возвращения поршня 17 в исходное полоаенле.

Устройство работает слэдуюцим образом. Постулашцеэ молэ от доильного аппарата накапливается в стакане I датчика-пото мерат • поднимает поплавок 4 с пдуииероы 6, образуя конуош хвостовиком 5 в отверстии 2 стакана I кояьцэзуы щель с расхо О...В.О кг/млн. В зависимости от величины ыолокоотдачи и под ¡гения поплавка 4 отверстие 7 алушсера б соэОцается с камерон головки В и открывает доступ Еакуука в зпраши,хщ/й камеру переменного ьакуума пульсатора Н , приводя аго ь действие-, л ооотвтотвчч с работой иульса-.'ог.ч I» осушмтилямся попы . яку;*;а па; атмс.¡дрерного дит-'»-яия >• м дна?.""-

сформированными во временя пневмоимпульсами. додъем поршня Г7 под действием вакуума приводят к срабатыванию дозатораЩ и выдаче порции корма. С увеличением сечения отверстия 7 плунжера 6 в воздухопроводящей камере 9 головки 8 датчика-потокомера I пропорционально молокоотдаче возрастает частота пневмоимпуль-сов за счет увеличения подачи атмосферного давления или вакуума в управлящую камеру 12 и, наоборот, уменьшается вплоть до его полного вывода о окончанием молокоотдачи.

Как показывают исследования, процесс дозирования кормов близок к нормальному закону распределения. Учитывая это обстоятельство и принимая во внимание определение зоотехнического допуска, определено условие соблюдения допуска в процессе индивидуальной раздачи всего диапазона доз корма

соы*^ (5)

где - коэффициент вариации при минимальной дозе корт;

СБ] - значение зоотехнического допуска; Ц - уровень значимости при надежности ^ .

Поскольку устройство индивидуальной раздачи концентратов включает в себя несколько структурных элементов по измерению молока, формированию пневмоимпульсов управления и непосредственно раздача корма, то суммарный допуск определится сочетанием их действительных погрешностей. Рассмотрено с деление погрешностей при индивидуальной раздаче концентратов методами теории "максимума-шнимума" и теории вероятностей. В относительных величинах уравнения сложения записаны соответственно следующим образом:

где Ь, - рассчетные допуски погрешности устройства; &Ц, дъ, лт.,,й.п|дп4,лр|др''-погрешности дозирования, обусловленные структурными элементами устройства. Рассчитанные значения допускаемых отклонений по теории вероятностей (выражение 7) в 2 раза больше, чем значения тех ,

ке отклонений, найденных методом "максимума-минимума" (вира- )

яенле. 6), что более экономически целесообразно при изготовле- с

нии и эксплуатации. |

Доказано, что потокомор поплавкового типа занимает промежу- | точное значение иеицу массовым и объемным, что повышает его точ-

11ооть. Записано уравнение определения массы замеряемого молока, исследование которого с учетом основного условия соответствия массп жидкости л ее объема в мерной камере согласно В.М.Болотин; и Ю.Л.Золотуского позволяет сделать вышесказанное утверждение:

где т - масса замеряемого молока, кг; р - плотность молока, кг/ы^; } - площадь мерной камеры погокоыэра, ы2; - площадь поплавка, Ь„ - высота подпоплавковой часта мерной к,меры, м; Н - высота заполнения мерной камеры, м. На основе уравнений расчета длителыюсти и частоты тактов пульсатора по В.Ф.Королеву приведены уравнения формирования пне ыоиыпульсов управления на дозатор регулируемы пульсатором с ув ииченной управляющей камерой и формулы для определения параыет-1 ров воздухопроводящего отверстия плунжера поплавка потокоыера.

Выполнен расчат параметров цилиндрической мерной камеры по токомера с условием реализации гидростатического принципа измерения, в результате чего получено вырааеше

С ' О)

где' " с! - спрофиларовашшй диаметр верной каыерц, ы; I) - Диаметр мерной камеры при ЬгеМ , ы; рп - плотность поплавка, кг/м3; - длина поплавка, м, • Определены параметры калиброванного сливного отверстия ' потокомера и текущий диаметр конусного хвостовика поплавка с учетом уравнения расхода ыолока

а«ри>щь, (ю)

где 0 - расход молока через слишое отверстие, иг/с; ]А - коэффициент расхода; 0 - площадь сечения сливного отверг стая, •

Выполнен анализ рабочего процесса шнекового дозатора и в целях поБцщадая точности дозирования и регулирования подачи \ предлоаецо устройство И.В.Кулаковского и др,, лыевдего ленту

ыезду навивкой шнека по опирала Архимеда и регулируемую заслон ^ ку в зоне загрузочного бункера. Исходя из такой конструкции-

^ шнека и порционного режима работы, определена величина выдачи

I концентратов за время доеная

I я-о^бК^+аАУ-йи^-^. (п)

л

\

1,5 2,0 2,6 с^/ш

Рис.3.Показатели точности дозирования концентратов от

величины подачи Ьоды:-стандартный комбикорм;--кон-_

центротная смесь; О - среднеарифметическая касса проб С ; А - срсдкеквадратическое отклонение Р ; с - ко эф -фицкент вариации С

Ряс.4.Показатели точности дозирования от нормы гвдачи концентратов при равных подзизх воды:стандартная ;.-моикорм;—яонцентратнзя сгесь; а - С), = 0,5 кг/мин; л - С},^ 1,0 кг/)-ян ; и -С)!,5» кг/мин

я ,-ЛБ

л,-

\ \ 1 ^ -

\ 1 Ч!

--- ! 1 ! 1 ! \ \

"0 Я 5 К 30 75 5 0

о, г

( м

¿СО

200

"Л Л

- Л/ ✓ / /

/ / / А/

/ ! |

!бО 200 &0 Ш 500 р„,г 05 (0 2.0 25

Оа=Юкг

0,=5кг (З^Бкг

киктр^лл и настройки устройств индивидуальной раздачи концентратов-. О*- норна 2ЦДС.ЧИ концентратов да" I кг и ал ока; Рь - индивидуальная корма ввдачи на

лояльней - рцличика «¡дкнкчной порции дозатора; О - величина открытия

; рл - количество индивидуально веденных концентрат

ОБ