автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Технологическое обоснование повышения эффективности работы бункерных накопителей и дозаторов в поточных линиях раздачи стебельных кормов на фермах и комплексах крупного рогатого скота

ВВЕДЕНИЕ.* ^

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. II

1.1. Применяемые конструкции и анализ бункерных накопителей и дозаторов в поточных линиях раздачи кормов .••.•.•••.••. II

1.2. Классификация и анализ бункерных накопителей и дозаторов

1.3. Классификация и анализ устройств для выравнивания свободной поверхности и плотности кормового слоя

1.4. Состояние исследований бункерных накопителей и дозаторов стебельных кормов

1.5. Цель и задачи исследований .•.••••••

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ БУНКЕРНЫХ НАКОПИТЕЛЕЙ И ДОЗАТОРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛИНИЙ

РАЗДАЧИ КОРМОВ

2.1. Обоснование конструктивно-технологической схемы бункера-накопителя с переменным объемом.

2.2. Теоретические исследования процесса загрузки бункера кормом с помощью корморазравниващих устройств.

2.3. Теоретические исследования рабочего процесса корморазравниващего устройства с активным рабочим органом - граблиной и обоснование его конструктивно-режимных параметров.

2.3.1. Определение высоты каретки

2.3.2. Производительность корморазравнивающего устройства.

2.3.3. Определение положения следа секущей плоскости . . . •••••

2.3.4. Определение потребной мощности на привод корморазравнивающего устройства . •

2.4. Теоретические исследования рабочего процесса бункерного дозатора . •

Выводы.

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Задачи экспериментальных исследований

3.2. Установка и оборудование для экспериментальных исследований

3.3. Описание конструкции корморазравнивающего устройства.

3.4. Методика проведения эксперимента

3.4.1. Методика определения физико-механических свойств кормов.

3.4.2. Методика определения показателей качества формирования кормового слоя при загрузке бункера-накопителя

3.4.2.1. Определение неравномерности высоты кормового слоя по длине бункера

3.4.2.2. Методика определения неравномерности плотности корма по длине бункера

3.4.2.3. Методика определения степени влияния процесса перегрузки кормового слоя из бункера-накопителя в бункер дозатора на неравномерность высоты и плотности по его длине.

3.5. Методика обработки экспериментальных данных

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

И ИХ АНАЛИЗ.

4.1. Физико-механические свойства кормов

4.2. Исследование процесса загрузки бункера-накопителя без выравнивания кормового слоя

4.3. Исследование технологического процесса работы корморазравнивающего устройства

4.3.1. Влияние показателя кинематического режима на неравномерность высоты и плотности кормового слоя.

4.3.2. Влияние поступательной скорости каретки и линейной скорости граблины на качественные показатели работы корморазравнивающего устройства.

4.3.3. Влияние длины горизонтальных пальцев граблины на неравномерность высоты поперечного сечения и плотности по длине кормового слоя

4.3.4. Влияние шага горизонтальных пальцев граблины на неравномерность высоты поперечного сечения и плотности кормового слоя по его длине

4.3.5. Влияние высоты планки граблины на показатели неравномерности высоты и плотности по длине формируемого кормового слоя.

4.3.6. Изменение неравномерности высоты и плотности по длине кормового слоя в зависимости от производительности загрузочного транспортера

4.3.7. Влияние неравномерности подачи корма загрузочным транспортером на неравномерность загрузки бункера.

4.3.8. Влияние скорости движения каретки на производительность и энергоемкость корморазравнивающего устройства.

4.4. Исследование влияния процесса перегрузки кормового слоя из бункера-накопителя в бункер дозатора на неравномерность высоты и плотности по его длине.

4.5. Влияние высоты кормового слоя на погрешность дозирования бункерным дозатором раздатчика. . . 160 Выводы.

5. МЕТОДИКА РАСЧЕТА БУНКЕРНЫХ НАКОПИТЕЛЯ И

ДОЗАТОРА ПОТОЧНОЙ ЛИНИИ РАЗДАЧИ КОРМОВ.

6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Выполнение Продовольственной программы СССР, намеченной ХХУ1 съездом партии и одобренной майским (1982) Пленумом ЦК КПСС, предусматривает резкое увеличение производства продуктов животноводства и, в частности, доведение среднегодового производства мяса до 17.17,5 млн.тонн (в убойном весе) и 97.99 млн.тонн молока [I, 2 ] .

Для успешного выполнения поставленной задачи необходима высокая степень индустриализации животноводческой отрасли, так как увеличение производства продуктов животноводства при значительном снижении затрат труда возможно только лишь на крупных фермах промышленного типа.

Решениями ХХУ1 съезда КПСС определен курс на дальнейшее развитие концентрации и специализации животноводства на базе межхозяйственно в кооперации и агропромышленной интеграции [ I ] . Проведение этого курса потребовало создания специализированных предприятий различных типов: комплексов по производству молока на 400, 600, 1200, 1600 и 2000 голов; комплексов по выращиванию нетелей на 3000 и 6000 скотомест; комплексов по выращиванию и откорму 5000 и 10000 молодняка крупного рогатого скота на мясо.

Отличительной чертой этих комплексов являются поточные технологические линии, выполняющие различные производственные процессы. Такие линии должны осуществлять технологический процесс с наименьшими затратами труда и средств, отвечать зоотехническим требованиям по качеству работы и быть максимально надежными. Они должны обслуживать все поголовье животных и иметь необходимую производительность. Состав машин и структура поточной линии должны обеспечивать эффективное выполнение технологического процесса.

Из имеющихся в настоящее время в стране машин невозможно составить высокоэффективные поточные линии раздачи кормов, отвечающие вышеприведенным требованиям, и поэтому разработка, совершенствование и исследование таких машин является задачей актуальной [ 102 ] .

Для надежного функционирования поточных линий приготовления и раздачи кормов, а также дозированной их выдачи при нормированном кормлении животных, широкое распространение в технологических линиях раздачи стебельных кормов получили бункерные накопители и дозаторы. Дозаторы кормов состоят из бункера, подающего транспортера и кормоотделителей. Они являются составной частью мобильных кормораздатчиков типа КТУ-Ю и РММ-5.

Одним из основных звеньев поточной линии приготовления и раздачи кормов, включенной в систему машин для животноводства на I98I.I990 гг. [lI9] , является бункер-накопитель, с помощью которого производится загрузка бункерных раздатчиков кормов ограниченной мобильности (типа КТУ-Ю). Использование в линии бункера-накопителя, по объему равного емкости раздатчика, обеспечивает высокую производительность системы раздачи кормов за счет значительного сокращения времени на загрузку, которое составляет 5.15 с. [ 50, 5l] .

Однако применяемые бункерные накопители и дозаторы не позволяют формировать кормовой слой правильной геометрической формы с его массой, кратной или равной количеству корма, потребного для разового кормления поголовья животных, размещенных в одном ряду, в зависимости от разовой нормы выдачи корма и его плотности. Все это оказывает существенное влияние на погрешность дозирования корма бункерным дозирующим устройством раздатчиков типа КТУ-Ю, РММ-5, питателей стационарных линий раздачи кормов и, как следствие, их выдачу не в соответствии с зоотехнической нормой 34, 70, 77, 80, 85, 97, 98, 107, 108, III, 131, I49] .

Исследованиями ученых ^54, 55, 69, 71, 126, 134 J доказано, что эффективного использования рациона можно добиться лишь тогда, когда он сбалансирован по питательным веществам, и количество корма выдается в соответствии с зоотехнической нормой. При выдаче количества корма меньше нормы снижается продуктивность животных, а больше - он теряется из-за неполного поедания, что приводит к нерациональному их использованию и, в конечном итоге, к повышению себестоимости продукции. В связи с этим важное значение приобретает повышение точности дозирования кормов, путем совершенствования процесса загрузки бункерных накопителей и дозаторов.

Проведенные ранее исследования по изучению процесса дозированной раздачи кормов животным касались, в основном, процесса выгрузки корма из бункерных дозаторов ^37, 38, 46, 72, 80, 96, 97, 106, 107, III, 112, 128, 138, 139, 140, 142, 149] . При исследовании процесса загрузки бункеров дозирующих устройств мобильных раздатчиков и питателей кормов с помощью разравнивающих устройств не учитывалось влияние неравномерности подачи корма на неравномерность высоты и плотности по длине формируемого кормового слоя.

До настоящего времени не определена степень влияния процесса перегрузки предварительно сформированного кормового слоя из бункера-накопителя в бункер дозатора на неравномерность высоты и плотности по его длине. Кроме этого, известные корморазравнивающие устройства имеют низкую производительность, что не соответствует требованиям, предъявляемым к современным машинам.

Вышеприведенное свидетельствует о необходимости теоретического и экспериментального исследования процесса формирования кормового слоя с постоянной высотой поперечного сечения и плотностью по его длине, разработки конструкций и обоснования параметров высокоэффективного бункера-накопителя с разравнивающим устройством. Совершенствование рабочего процесса технических средств поточной линии раздачи кормов требует систематизации методики их расчета.

Решению этих вопросов и посвящена настоящая диссертационная работа.

На защиту выносятся следующие научные положения:

- предложенные конструктивно-технологические схемы бункера-накопителя и корморазравнивающих устройств;

- аналитические выражения для определения высоты бункера, предельно допустимой неравномерности подачи корма в него при загрузке с помощью корморазравнивающих устройств, основных конструктивно-режимных параметров разравнивающего устройства, его производительности и энергоемкости процесса формирования кормового слоя в бункере, а также неравномерности выдачи корма бункером-дозатором, полученные в результате теоретических исследований;

- метод определения границ применения корморазравнивающих устройств, позволяющих установить допуск на величину показателя неравномерности подачи корма в бункер дозирующих устройств;

- результаты экспериментальных исследований по проверке выдвинутых теоретических положений и определению оптимальных конструктивно-режимных параметров бункера-накопителя и разравнивающего устройства;

- экономическая оценка работы бункерных накопителя и дозатора кормов, оборудованных разравнивающим устройством.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

7, ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

7.1. Анализ литературных материалов и практика показывают^ что для ферм и комплексов крупного рогатого скота перспективным является использование в поточных линиях раздачи кормов бункеров--накопителей,предназначенных для предварительного формирования кормового слоя с последующей перегрузкой в бункер раздатчика,При этом масса корма в бункере-накопителе должна быть равна или кратна количеству корма, потребно го для разового кормления поголовья животных, размещенных в одном ряду помещения.

7.2; Стебельный кормовой материал^сформированный в бункере-накопителе и перегруженный в бункер дозатора раздатчика,кормоотдели-тели которого осуществляют отделение порций корма с торцевой части кормового слоя при его принудительной подаче к ним,должен иметь выровненные свободную поверхность и плотность по длине,что обеспечит повышение точности дозирования заданной нормы корма животным.

Формирование кормового слоя,отвечающего вышеприведенным требованиям,может быть обеспечено с помощью механических разравнивающих устройств.

7.3. Разработаны классификации бункерных накопителей,дозаторов и устройств для выравнивания свободной поверхности и плотности кормового слоя.Определено одно из перспективных направлений в создании названных технических средств.

7.4. Теоретические исследования рабочего процесса бункерных накопителя и дозатора кормов позволили разработать метод определения границ применения разравнивающих устройств и получить: -формулу и на ее основе разработать номограмму для определения высоты телескопической емкости бункера-накопителя;

-выражение для расчета предельно допустимого значения показателя неравномерности подачи корма в бункер загрузочным транспортером;

-аналитические выражения для определения конструктивно-режимных параметров разравнивающего устройства с активным рабочим органом,а также его производительности и мощности/потребной на привод; -формулу для расчета неравномерности выдачи корма бункерным дозатором.

7.5, Экспериментально установлено/что неравномерность высоты поперечного сечения кормового слоя и плотности по его длине в бункере зависит от режима работы и параметров разравнивающего устройства,основными из которых являются:

-показатель кинематического режима устройства,оптимальное значение которого равно 2.2;5;

-длина горизонтальных пальцев,равная 0,08,.0,1 м; -высота планки граблины,равная 0,12.О,15 м,а также неравномерности подачи корма в бункер загрузочным транспортером¿предельно допустимое значение которой для номинальной производительности разравнивающего устройства 6 кг/с равно II.12,5$.

Экспериментальными исследованиями установлено,что в процессе перегрузки слоя стебельных кормов из бункера-накопителя в бункер дозатора происходит изменение неравномерности высоты кормового слоя с 0,35.0,04% до 5.9,Q% и неравномерности плотности по его длине с 1,5.3,2$ до 2,2.5,75$.Пределы изменения этих значений зависят в основном от физика-механических свойств кормов.Однако бункерный дозатор при значениях неравномерности,указанных выше, обеспечивает выдачу заданной нормы корма с погрешностью,не превышающей зоотехнического допуска.

7.6. Разработаны номограммы для определения производительности и режимных параметров разравнивающего устройства в зависимости от параметров поточной линии раздачи кормов и систематизирована методика расчета ее оборудования.Они могут быть использованы при проектировании промышленных образцов бункерных накопителя и дозатора,: а также разравнивающего устройства.

7.7. На основании результатов исследований разработан ряд технических решения,направленных на повышение эффективности работы бункерных накопителей и дозаторов,обеспечивающих формирование кормового слоя с постоянными высотой и плотностью по его длине.Их новизна подтверждена десятью авторскими свидетельствами на изобретение.

Предложенные технические решения были положены в основу создания опытных образцов бункерного накопителя и разравнивающего устройства.

Результаты испытаний бункерного накопителя и разравнивающего . устройства показали,что они имеют улучшенные технико-экономические показатели работы,обеспечивают требуемую производительность поточной линии раздачи кормов и в среднем в два раза снижают погрешность дозирования корма бункерным дозатором раздатчика типа КТУ-10.

7.8. Использование в поточной линии раздачи кормов предложенного бункера-накопителя,оборудованного разравнивающим устройством, позволяет сократить непроизводительный расход кормов за счет снижения погрешности их дозирования.Годовой экономический эффект при выдаче кормовой смеси крупному рогатому скоту составляет 41,7 руб. на одну голову животного.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. М., Политиздат, 1.8I.-223 с.

2. Продовольственная программа СССР на период до 1990 г. и меры по ее реализации:Материалы майского Пленума ЦК КПСС.-М.: Колос, 1982.- 64 с.

3. Афоничева 3. Эксплуатация мобильных кормораздатчиков.- Техника в сельском хозяйстве, 1976, № 6, с.37-38.

4. Артюшин A.A., Богдан И.Д. Дозатор-выравниватель к стационарному раздатчику кормов.-Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства, 1970, № 10, с.21-23.

5. Астахов A.C., Искандарян Н.И. Механизация раздачи кормов на фермах крупного рогатого скота, ЦНИИТЭИ.-М.:1971.- 57 с.

6. Андреев П.А. На промышленную основу.- Техника в сельском хозяйстве,1981, № II, с.3-5.

7. А.с.550149 (СССР) Кормораздатчик/ Д.М.Москаленко, М.С.Ля-шенко, А.В.Полтавец.-Опубл.в Б.И., 1977, № 10.

8. А.с.419210 (СССР) Электрифицированный кормораздатчик/ В.Г. Коба, Г.М.Обухан, Н.Ф.Степанова.-Опубл.в Б.И.,1974, № 10.

9. А.с.378207 (СССР) Кормораздатчик/ А.А.Яворский, В.И.Дрюков.-Опубл. в Б.И.,1973, № 19.

10. А.с.377135 (СССР) Устройство для раздачи кормов/ Г.М.Обухан, В.Г.Коба, Н.Ф.Степанова.-Опубл. в Б.И.,1973, № 18.

11. А.с.886861 (СССР) Кормораздатчик/ В.А.Храпалов.-Опубл. в Б.И.,1981, № 45.

12. А.с.695626 (СССР) Кормораздатчик/ А.Г.Газизов, И.В.Алексеев, А.Д.Погуляев.-Опубл.в Б.И.,1979, № 41.

13. А.с.477708 (СССР) Кормораздатчик/ Г.М.Обухан, П.В.Зайцев.--Опубл.в Б.И.,1975, Ns 27.

14. А.с.622455 (СССР) Установка для распределения кормов/

15. В.А.Силагин.-Опубл.в Б.И.,1978, № 33.

16. А.с.753405 (СССР) Кормораздатчик/ В.С.Глотов, В.С.Мкртумян,

17. B.М.Мощенко.-Опубл.в Б.И.,1980, № 29.

18. А.с.482154 (СССР) Кормораздатчик/ В.А.Голиков, Н.Г.Хабибу-лин.-Опубл.в Б.И.,1975, № 32.

19. А.с.895368 (СССР) Кормораздатчик/ А.А.Кутлембетов, Г.И.Луш-ников, Ю.Л.Лившиц, И.Д.Губарева, А.С.Клебан.-Опубл.в Б.И., 1982, № I.

20. А.с.716546 (СССР) Разравнивающий транспортер к кормораздатчикам/ М.И.Агарков, М.Т.Козлов, А.Н.Серов, Ю.Н.Козин.- Опубл.в Б.И.,1980, № 7.

21. А.с.527166 (СССР) Кормораздатчик Е.И.Храпач, В. В. Сухоруко в.- Опубл.в Б.И., 1977, № 33.

22. А.с.482155 (СССР) Кормораздатчик Н.Д.Прутков, В.И.Маслов, Ю.Н.Марков.-Опубл.в Б.И.,1975, № 32.

23. А.с.808062 (СССР) Распределитель корма у бункеру-дозатору/

24. А.А.Артюшин, В.Я.Черкун, В.В,Шацкий, В.Я.Киришун и др.--Опубл.в Б.И.,1981, № 8.

25. А.с.854341 (СССР) Устройство для распределения материалов/

26. A.В.Балашов, В.Г.Коба.- Опубл.в Б.И.,1981, №30.

27. А.с.728799 (СССР) Устройство для равномерной подачи волокнистых кормов/ А.А.Артюшин, В.Я.Черкун, А.Ш.Финкельштейн и др.- Опубл.в Б.И.,1980, № 15.

28. А.с.1033092 (СССР) Устройство для разравнивания кормов/

29. C.М.Доценко, В.Г.Коба.- Опубл.в Б.И.,1983, №29.

30. А.с.1021444 (СССР) Устройство для распределения кормов/

31. B.Г.Коба, В.А.Силагин, С.М.Доценко.-Опубл.в Б.И.,1983, №21.

32. А.с.1029929 (СССР) Устройство для загрузки кормов/ В.Г.Коба, С.М"-.Доценко.- Опубл.в Б.И., 1983, №27.

33. А.с.1041472 (СССР) Устройство для распределения материала в28