автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Технологии и технические средства для производства высококачественных кормов

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ' 1 ■).-*. АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

л *

На правах рукописи

КОНДРАТОВ Анатолий Федорович

ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ КОРМОВ

' Специальность: 05.20.01 — механизация сельскохозяйственного производства

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

НОВОСИБИРСК 1997

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

заслуженный деятель науки и техники РФ,член-корреспондент Академии инженерных наук, профессор В.И. Земсков

доктор технических наук, заслуженный деятель науки и техники РФ, академик Академии аграрного образования, профессор

A.И. Завражнов

доктор технических наук,

заслуженный инженер сельского хозяйства

РСФСР, ст. научный сотрудник

B.А. Стремнин

Ведущее предприятие - Сибирский научно-исследовательский

и проекгно-технологический институт животноводства (СибНИПТИЖ)

Защита состоится " ¿1- с- " О^ГЬ-^ ¿-у! % 1997 г.

в "_" часов на заседании диссертационного совета Д 020.03.01

в Сибирском научно-исследовательском институте механизации и электрификации сельского хозяйства (СибИМЭ) по адресу: 633128, Новосибирская область, п. Краснообск, СибИМЭ.

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в Центральной научной сельскохозяйственной библиотеке СО РАСХН.

Диссертация в виде научного доклада разослана " " А? О-^ Р ТСО 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.Ё. Немцев

Общая характеристика работы

Актуальность. Производство кормов является основным звеном в ;теме получения продуктов животноводства, позволяющим обеспе-гь необходимый уровень снабжения ими населения страны. Наиболее >жным элементом этой системы являются технологические процессы отопки кормов, на выполнение которых затрачивается более полов материальных, энергетических и трудовых ресурсов.

Для обеспечения животноводства кормами регион располагает необутыми площадями плодородных земель. Однако существующие тех-гопш заготовки кормов не соответствуют сложным природно-клима-;еским условиям и другим неблагоприятным факторам, что приводит к ерям урожая от 12 до 25%. Важнейшим резервом увеличения производ-а кормов для условии Западной Сибири с частым выпадением осадков в «од заготовки кормов и коротким летом является разработка техноло-: и технических средств, позволяющих исключить их влияние на спите качества кормов. При сложившемся в условиях региона кормопро-одстве в рационах животщ.гх отмечается дефицит протеина, составляю-К 10-15%. При этом биологическая ценность используемых протеино-: добавок низкая, так как в них недостаточное содержание белков жи-ного происхождения. В то же время в органических отходах животно-ства, которые загрязняют окружающую среду, имеется значительное ичество белка. В мировой практике делаются попытки получения корою белка из органических отходов животноводства, в частности из ею го навоза. Поэтому комплексная проблема обоснования технологий и >аботка средств механизации для производства качественных кормов яв-тся актуальными, позволяющими снизить дефицит кормового белка.

Цель исследования. Повышение эффективности производства биоло-;ски полноценных кормов за счет разработки и применения безотход-технологий и комплекса технических средств.

Объект исследования. Технологические процессы производства био-гчески полноценных кормов из зеленых растений и белковых кормо-добавок из свиного навоза.

Методы исследования. Работа является результатом обобщения мно-тних исследований автора, проводившихся на кафедре механизации отноводства и кормопроизводства, в проблемной лаборатории перера-31 органических отходов животноводства Новосибирского шсударствен-»аграрного университета, выполнялась в соответствии с государствен-:и и региональными заданиями НИР с 1970 по 1997 гг.

Работа проводилась в 1972 г.—1997 г. в рамках общесоюзной програм-ю решению научно-технической проблемы 0.51.08 утвержденной ГК ]Р по науке и технике №140 от 22.03.1974 г. и №135 от 3.04.1975 г. на год 1974-1975 гг., №550 от 12.12.1975 г. и №430 от 26.11.1976 г. на

период 1976-1980 гг., тема МСХ РФ №77066373 1981 г., задали НИР по приказу МСХ РФ №593 от 27.07.1987 г., договор с Минсельхо: продом РФ №194-38-5 и №91/12 1991 г., тема №01.9.30008663 Минсел! хозпрода РФ на 1993-1995 гг., по программе "Научно-техническое обсс лечение АПК Новосибирской области", постановление главы адмшшс трации

от 25.12.96 г. протокол №3 от 7.05.1996 г.

Общей методологической основой исследований являлось использо ванне системного подхода, который позволил свести в единую теоретичес кую картину весьма разнородные величины и явления. Технологически качества и свойства кормоуборочных машин оценивались на основе опре деления и анализа безразмерных инвариантных комплексов, их основны конструктивных и эксплуатационно1-технологических показателей, позво ливших обосновать выбор наиболее рациональных элементов ciictcmi средств механизации. Теоретические исследования базировались на поло жениях теории случайных функций и статистической динамики. Экспери ментальные исследования предусматривали использование методов per рессиоиного анализа, а также обработку результатов полевых исследова ний с помощью вычислительной техники, применение методов нолучепш многофакторной зависимости механизированного процесса обезвожива-!шя и получения кормовых белковых добавок, размерно—весовых характеристик стеблестоя и гранул.

При разработке аналитической модели кормопроизводства в условиях сельскохозяйственного предприятия использовали современные методы и специальные профаммы для персональных компьютеров.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и полевых условиях с применением тензометрирования, осциллохрафировашш, электронных приборов, хронометражных наблюдений.

Научная новизна. Получена математическая модель размерно-весовых характеристик растительной массы, позволяющая выбрать рациональные конструктивные параметры кормоуборочных машин.

Предложен метод оценки моделей кормоуборочных машин с помощью критериев подобия. Установлены экспериментально-теоретические закономерности процесса сокоотделения при обезвоживании трав шнеко-вым прессом.

Разработана модель и выявлены технологические операции процесса получения белка из органических отходов. Определены параметры среды обитания биологического объекта в процессе переработки экскрементов животных на кормовые белковые добавки.

Разработан способ разделения субстрата на биомассу и биоперегной на основе использования физиологических рефлексов личинок сапрофагоа, цаны обоснования конструктивных и технологических параметров отделения.

Новизна технических решений подтверждена авторскими свидетельствами и пате i па ми [28, 29,44].

Практическая значимость работы и реализация результатов нсследо-ШШИЯ состоит в том, что разработаны технологии и технические средства получения биологически непных кормов.

Результаты исследований позволяют ускорить разработку современных кормоуборочных комбайнов и технологических линий кормоцехов.

Технология переработки отходов животноводства па кормовые добавки и техническая документация на установки утверждены решением НТС МСХ СССР №54 от 29.05.84 г. Материалы исследований использовались Госпланом СССР при планировании производства белка животного происхождения (протокол № ПА-92/4-251 от 4.04.78 г.).

Оборудование для переработки твердой фракции свиного навоза личинками синантроиных мух производительностью 20 т в сутки включено в Систему машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства на 1986-1995 гг. (часть II, животноводство ШифрЖ.15.219), утверждена 22.09.1986 г. совместным приказом девяти министерств и ведомств.

По разработанной Сибирским зональным научно—исследовательским институтом типового и экспериментального сельскохозяйственного проектирования совместно с автором иросктно-сметной документации, основанной на результатах исследовании, построен и сдан в эксплуатацию первый в стране опытно-промышленный цех переработки свиного навоза на кормовые добавки производительностью 20 т/сутки. Цех построен в учхозе "Тулинское" (1989 г.).

Технология заготовки сенажа из зеленых растений с применением механического обезвоживания была внедрена в научно-производственной системе "Прогресс" Новосибирской области (1990 г.), а в 1993-1994 гг. — в совхозах "Яйский", "Шевелевский" и "Колыонский" Кемеровской области (акт №12-97 от 9.01.1997 г. и решение НТС департамента сельского хозяйства Кемеровской области №3-97 от 14.02.1997 г.).

Зональным институтом Сибпптросельстрой с участием автора и по его научным разработкам изготовлена проектно-сметная документация по производству полнорационных прессованных кормов производительностью 15-20 тыс. т в год. Заводы сданы в эксплуатацию в колхозе "Большевик" (1975), учхозе "Тулинское" (1980), (акты №19 от 24.11.1976 г., №28 от 14.02.1980 г.).

Технология переработки отходов животноводства ira белковые добавки экспонировалась на ВДНХ СССР.

Результаты исследований могут быть использованы проектными институтами, КБ, сельхозтоваропроизводителями, учебными институтами при проектировании и эксплуатации предприятий по производству кормов а также при подготовке специалистов для агропромышлешюго комплекса.

Личный вклад автора. Автором разработаны основные теоретические положения работы, осуществлялось руководство экспериментальными ис-

следованиями, разрабатывались программы п методики исследований, осуществлялись эксперименты и обработка их результатов.

Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на:

- Международном симюзиуме но переработке птичьего помета (Москва, 1975);

- Всесоюзном координационном совещании но биологической переработке навоза на кормовые добавки (Новосибирск, 1978);

- Координационном совещании по проблемам утилизации бсспод-стилочного навоза (ВНИИМЖ, 1979);

- заседании Госплана СССР "О мерах по ускорению разработки технологии утилизации свиного навоза биологическим способом с целью получения белка животного происхождения и высококачественного органического удобрения" (Москва, 1978);

- на конференциях Мшшесотского университета США (1992), Шведского университета аграрных наук (1991);

- на епбнреко—шведском симпозиуме (Новосибирск, 1992);

- на всесоюзных и региональных научно-технических конференциях: в Новосибирске (1971, 1975, 1987, 1991, 1992, 1994,1995,1996) Алма-Ате (1989), Баку (1972), Волгограде (1988), Сумах (1990) Ростове-на-Дону (1992), Москве (1992), на НТС МСХ СССР (Москва 1974, 1984), НТС МСХ РСФСР (Москва, 1994), НТС Новосибирском областного управления сельского хозяйства (Новосибирск, 1987, 1996);

- па региональном совещании координационного совета по програм ме "Корма" (Новосибирск, 1989);

- заседаниях ученого совета НГАУ (1973—1997), областных совета ниях и семинарах специалистов сельского хозяйства (Новосибирск 1970-1996; Кемерово, 1989, 1993; Барнаул, 1989, 1996).

1. Состояние проблемы и задачи исследования

Одним из основных направлений интенсификации животноводств является всемерное развитие кормовой базы, повышение качества кормо и сшшение затрат на производство животноводческой продукции. Реали зация этого направления предусматривает внедрение в кормопроизводств прогрессивных технологий.

Для увеличения производства кормов и повышения их качества, со кращения потерь во многих отечественных и зарубежных научных учреж дениях проводятся исследования и разработки по совершенствованию тех нологичсских приемов и технических средств в кормопроизводстве.

Большой вклад в исследования кормопроизводства, эффекта m гост функционирования технологических систем и средств механизации жи вотноводства и растениеводства внесли П.Л. Гончаров, Л.Г. Боярски! C.B. Мельников, П.Н. Федосеев, Н.И. Кашеваров, Э.И. Липковт Г.Е. Чепурин, И.Т. Ковриков, Н.В. Краснощекое, А.Д. Лопш и

При рассмотрении проблем систем машин и совершенствования средств мехаппзапии использованы труды Б.Д. Докина, Р.Ш. Хабатопа, Б.И. Капшурьг, В.Л. Стремаипа, A.M. Крикова н др.

Применены результаты современных исследований в области механизации и электрификации трудоемких процессов в животноводстве Л.ГТ. Кор\икганского, Н.М. Морозова, В.И. Сыроваткн, В.И. Земскова, Л.А. Лртюшииа, H.H. Пройдака, Ю.Ф. Новикова, В.И. Фомина, JI.П. Кар-ташова, А.И. Завражного, Е.И. Базарова, В.Г. Гугли, И.К. Хлебникова, В.А. Сол о Hied ко, R.J. Slgaub, R.G. Kocgcc, F.W. Anelson, G.P. Barringion, H.D. Brahn и др.

Применен биологический способ переработки отходов животноводства, разработанный A.A. Чичшгым, И.И. Гудилгшьш, Г,Я. Баяндшгой, Н.М. Бродской, Д.П. Бедпным с участием автора.

Проблема обеспечения производства высококачественных кормов может быть региона путем разработки технологии и технических средств на основе закономерностей протекания процессов заготовки биологически полноценных кормоп, определяемых природно-климатическими и погодным» условиями.

Лесостепная зона Западной Сибири располагает необходимыми площадями плодородных земель, однако получить приемлемое решение проблемы обеспеченности животноводства качественными кормами только на основе имеющихся инженерно-технических, агротехнических, и зоониже нерп их знании, без дальнейшего их углубления за счет привлечения информации, получаемой н результате научного исследования, не представляется возможным. В частности, географическое положение региона не позволяет выделить из растений биологически полноценный белок. Поэтому в заготавливаемых кормах имеется острый его дефицит. В этих условиях вопросы получения необходимых количеств кормового белка нужно решать как за счет увеличения производства зернобобовых и других высокобелковых культур, так и за счет извлечения белков путем переработки экскрементов животных, с которыми выделяется до 40-45% питательных веществ, потребляемых с кормом. Потери протеина в отходах животноводства достигают 55-85%, В мировой практике делаются попытки выделения кормопого белка из органических отходов животноводства, но работ, связанных с механизацией процесса получения белка животного происхождения из навоза, крайне недостаточно. Не выявлены закономерности взаимосвязей между элементами таких систем, что тормозит разработку технологий и технических средств, позволяющих эффективно вести производство полноценных сбалансированных кормов. На основании проведенного анализа сформулированы задачи исследования:

- определить основные статистические природно-климатические характеристики периода заготовки кормов для лесостепной зоны Западной Сибири и параметры убираемых растений и обрабатываемых материалов;

- составить структурную схему процесса производства нолнораин оцных сбалансированных кормой;

- обосновать технологию и tcxhiimcckuc средства для производстт биологически нолноцсппьгх кормов из зеленых растений;

- обосновать технологию и технические средства для производит белковых кормовых добавок из свиного навоза;

- определить эффективность реализации основных результатов ис следований.

2. Характеристика лесостепной зоны Западной Сибири

2.1. Характеристика природно-климатических условий

К лесостепной зоне Западной Сибири (JI3C) относят терршорш простирающиеся и ширину почти SOO км около 56° параллели с запада н посток страны - от Зауралья до Восточной Сибири — п охватываютп территории одного края и пят и областей. Наибольший удельный вес в нре пзг.одстве кормов и фуражного зерна в зоне имеют Дунайский край. Ноне сибирская, Омская, Кемеровская. Томская п Тюменская области.

Многолетние травы занимают около 55 со илошатп кормовых куж тур. однолетние - около 34 силосные культуры -- до 29 сс. Набор мне голепшх и однолетних кормовых трав довольно узок.

Новосибирская область находится в центральной части зоны и и основным природно-климатическим и производственно-хозяйственны характеристиках! соответствует ее средним условиям, чю и послужило ot повои ;1ля выбора места проведения экспериметальных исследований. Ot расположена па стыке нескольких климатических областей, что определяс большую неустойчивость погоды. Это является одним из основных клим1 тообразующпх факторов. Климат — резко коптиненгадьный.

Амплитуда колебании экстремальных температур находится в преде лах 80...95 'С. Абсолютный минимум температуры достигает -47...-55 абсолютный максимум +37...+40°С. Продолжительность периода со ере., пси температурой иоздуха выше О "С составляет 180—195 дней, продолжт тсльностьбезморозного периода 85-125 дней. Годовая сумма осадков кс леблстся в пределах 350-500 мм, уменьшаясь к юго-западу. Изменчивое! месячных сумм осадков колеблется в пределах 11—308 9с от средней мне голетней нормы. Среднее количество осадков за вегетационный перш 179-210 мм. Жидкие осадки составляют 55-75 % общего количества годе вых. Погодные условия уборочного периода в Новосибирской области бли: ки к средним условиям зоны (табл. 1).

Анализ показателей погодных условий в период уборки зерновых кул] тур в JI3C дан в работах П.Н. Федосеева, А.Д. Логина, Г.Е. Чепурина, нашей работе использовались их данные. Кроме того, особое внимаш было уделено выявлению частоты дождливых дней и длительности бездоа

дных периодов во время уборки кормовых и зернофуражных куль-ур. Наибольшее количество осадков в июле приходится на третью дска-у, в августе - на первую и вторую декаду (рис. 1).

Таблица 1

Средние многолетние метеорологические условия наиболее интенсивного периода заготовки кормов и уборки зернофуражных культур

Область, край Средние многолетние метеорологические условия в течение периода уборки (с доверщтельным интервалом 1 при Р=0.95) Продолжительность беэ-росного периода в часах в течение суток, ч

температура воздуха относительная влажность воздуха осадки, мм

сугоч. днев. суточ. днев. ¡=±8%

¡=±7% ¡=+7% ¡=±4% ¡=±4%

Омская 12,8 14,6 70 63 51 11

Новосибирская 11,3 13,3 73 65 56 10

Томская 10,1 12,8 74 66 56 9

Алтайский 13,1 15,1 69 61 49 11

Тюменская 10,7 12,7 74 66 58 9

Кемеровская 9,9 11,4 76 68 56 9

Наибольшее влияние на технологические показатели, характеризую-цис состояние растительной массы, оказывают осадки в виде дождя, роса, шаяаюсть воздуха, ветер п солнечная радиация. Частота и уровень осадив, по данным ежедневных метеорологических наблюдений в условиях ТЗС в течение 50-дневного уборочного сезона за многолетний период ха->актеризуются распределением, показанным на рис. 2.

Общее число дождливых дней в среднем за уборочный сезон состав-[яет 3,2 за декаду при среднем уровне осадков за один дождливый день, >авном 5,2 мм. В условиях ЛЗС осадки в 5 мм увлажняют растительную лассу до того предела, выше которого качественные показатели техноло-'пческого процесса, осуществляемого кормоуборочными комбайнами, не удовлетворяют установленным агротехническим требованиям.

Чередование дождливых дней и частых рос с периодами весьма интенсивного солнечного сияния приводит к постоянному смачиванию и подсушиванию зеленой массы, снижает прочность соединения листьев со :теблем, которые, перебиваясь под воздействием рабочих органов убороч-шй техники, сильно измельчаются. При этом теряются наиболее цепные 1 кормовом отношении части растений.

Все сказанное позволяет выделить ЛЗС по погодным факторам в гериод заготовки кормов как район со специфическими, сложными усло-зиями. Это обусловливает особые трсбоваш!я к технологии заготовки кормов и к рабочим органам кормоуборочной техники.

H„MM 32 28 24 20 16 t "С 16 12 8 4 О

zz

1

август

Pue. 1. Декадный ход осадкос (1) и температуры воздуха (2) по средним многолетним данным

Вероятность пояпления в течение уборочного сезона периодов времени с погодными условиями, позволяющими заготавливать корма высокого качества н в нужном количестве с возможностью естественной досушки, подвяливашш и дозревания, весьма невелика. Для таких погодньп условий необходимо ставить'задачу разработки новых технологий и технических средств, более эффективных по сравнению с традиционными, т

- о

s

я я »

S « И

я S И

я) в w

10

о

ч С.

к я р §

. .... 1

Г ( х= =3,2=

"Г =2,7

Р

m

, = (т)Р

а =

1 2 3 4 5 6 7 8 х

частота появления дождливых дней за декаду (I =192)

Рис. 2. Распределение числа декад по частоте дождливых дней ]

году

2.2. Характеристика многолетних и однолетних кормовых и зернофуражных культур

Острота проблемы производства кормов усиливается ее масштабное тью. В настоящее время в основных земледельческих зонах Сибир!

70-80 9с всех производим их кормов приходится на полевое кормопроизводство. Кормовыми культурами занято 30 % пашни. С учетом того, что до 60 % собираемого зерна идет на кормовые цели, для производства кормов фактически используется 60-65 % пашни. В ЛЗС значительное место занимают корма с повышенной влажностью, что затрудняет сбалансирование рациона по содержанию сухого вещества и обменной энергии. Кроме того, при заготовке кормов с повышенной влажностью, например силоса, значительное количество питательных веществ теряется при хранении. Основным сырьем для заготовки сенажа являются многолетние и однолетние кормовые культуры (люнерпа, эспарцет, костер безостый, тимофеевка, пырей).

Для обоснования основных параметров конструкции рабочих органов и эксплуатационных показателей машин, применяемых при заготовке кормов, необходимы сведения о весовых характеристиках и физико-меха-нпческих свойствах растительного материала, которые получены экспериментально и представлены в публикациях 11, 3, 8|.

В связи с указанными вопросами были поставлены соответствующие эксперименты, в которых места для опытов выбирали с расчетом их соответствия участкам, типичным ЛЗС.

При этом в одной серии опытов были получены данные о параметрах стеблестоя, »другой — данные о параметрах травяных валков, представленные в статьях (17, 26].

Замеры проводили па ватках костра, тимофеевки и дюиерпы. Валки укладывали жаткой при высоте стерни 5-6 см, что соответствует оптимальной высоте скашивания трав на сено. Результаты статистической обработки показали, что наиболее урожайной культурой является люнерпа — 201,6 н/га. Наибольшим колебаниям подвержены урожайность зеленой массы и плотность стеблестоя — соответственно, с коэффициентами вариации в диапазонах 33,6...73,8 9о и 48,5...77,4 %. Наиболее густой н ровный стеблестой отмечен у костра - 455 растений на 1 м'с коэффициентом вариации 48,4%. Самая низкая средняя высота стеблей наблюдалась у костра — 43,6 см, наибольшая у тимофеевки — 68,2 см. Наименьшие значения имеют колебания высоты стеблестоя и длины колоса (султана) — с коэффициентами вариации 16,2...28,59с. Средний диаметр стебля лежит в пределах 1,63...2,12 мм. Среднее значение массы 1 м погонной длины травяного палка колеблется от 312,0 до 808,4 г — с коэффициентом вариации от 23,7 до 44,8 9с. Средняя толшина валка находится в пределах 5,03...8,1 см — с коэффициентом вариации от 31,5 до 44,5%. При этом наиболее изменчивым по высоте оказался валок тимофеевки, который подвержен значительным изменениям и но другим показателям.

Было отмечено, что даже в засушливый год, когда мощность травяного валка оказывается ниже средней, его влажность подвержена значительным изменениям по ходу валка, что необходимо учитывать при заготовке сенажа.

Одним из путей получения качественных полнорапионных кормов является приготовление зерносеиажа из зернофуражных культур и их смесей в фазах молочно-восковой и восковой спелости. Для опрсделсшш раз-мерно-весовыххарактеристикрастительпой массы были проведены исследования.

Определяли следующие характеристики убираемых культур: им-урожайность растительной массы, Ш-урожайность зерна, Нет-длина стебля, Нк - длина колоса, ц-густота стеблестоя, 2-соломнстость, А-масса 1000 ед. Изучали ячмень Винер, овес Золотой дождь.

В результате обработки опытных деишых для всех исследуемых параметров было определено их среднее значение, среднеквадратичное отклонение, коэффициент вариации, ассимметрпя, эксцесс и получены уравнения (табл. 2).

Таблица 2

Взаимосвязь размерно-весовых параметров растительной массы зернофуражных культур

№ У р а в к с н и е

И /11

1 и м = 2 .4 5 + 2 ,1 2 и 3

2 и м = 1 ,36 + 0 ,07ц

3 и м = 1 .2411 с- 16,93

4 и м = 1 3 ,9 1 Н к - 1 7 .9 4

5 и м = 2,60 А-3 2.4 3

6 Н к = 1,1 6 + 0.07 Н ст

7 1Гз=1.ПА-13,1б

В V 4=5,86 II к-6.57

А= 1 6,34+ 2.82Н к

1 » и и =-■ 6 7 ,4 4 + 0,5 6 Л + 1 2 .3 5 Н к + 0 ,0 7 ч

1 1 и м = - 2 5 .0 2 + 1 ,4 1 и з+ 0,0 3 ц 4- 5 .6 4 Н к

1 2 и м = -7,0 0 + 0.09Л + 2 ,6 1 И к + 1 .891,' ч

1 3 и м = - 1 5,8 8 + 1 ,54 и з+ 0,02ч + 0.0 3 9 Н ст

Для исследования динамики процесса распределения на поле, был! взяты реглпзашш массы валка и соломистости растительной массы вдол! длины гона. Полученные корреляционные функнии гсси гы этих пронес сов свидетельствуют о довольно быстром затухании связи между значени ями процесса по длине валка. Нормированная корреляционная фупкпш соломистости затухает для ячменя на 0,8-2,8 м, для овса на 11 -15 м. Полу ченные размерно-весовые характеристики кормовых и зернофуражны: культур культур послужили основой при разработке технологии и средст механизации дяя производства высококачественных кормов.

3. Структурная модель производства высококачественных кормов

Основные трудности в процессе планирования и организации кор моироизводства создаются из-за большою количества возможных вариан

топ. Эти варианты обусловлены, с одной стороны, свободой выбора направлений и целей производства и, с другой стороны, возможностями выбора способов и тактики использования имеющихся в распоряжении ресурсов. Задачи сельского хозяйства значительно усложняются необходимостью корректировать планы и менять технологические варианты в ходе производственных процессов, например, из-за непредвиденных изменений погоды.

Среди возможных вариантов всегда существует некоторое множество решений, наиболее приемлемых по затратам, эффективным срокам и объему производства. Отсюда возникает потребность в заблаговременных научно обоснованных рекомендациях как по совершенствованию технологических процессов, так и но оснащению их средствами механизации.

Значительное препятствие поиску рациональных решений экспериментальными методами - это проблематичностьпроведеиия испытаний в необходимом объеме. Трудности научных исследований усугубляются многообразием почвенно-климатическнх условий, характеристик растительной массы, урожайности различных кормовых культур. Для решения подобных задач необходимо иметь структурную схему, адекватную моделируемому объекту.

Для технологического процесса производства кормов нами принято следующее общее соотношение:

¥=П[Р], [X], [А)}, (I)

где У - характеристики эффективности производственных процессов, [X] - параметры технологического процесса произтюдства кормов растительного происхождения, [А1 - параметры технологического процесса производства кормовых белковых добавок животного происхождения, {Б) - параметры технологического нроиесса получения полнорационных кормов.

В нашем случае X,-пропускная способность кормоуборочного комбайна, X,-урожайность растительной массы, X,-мощность двигателя комбайна, Х4-ширина захвата х<атки, Х5-время затухания автокорреляционной функции массы 1 м погонной длины валка, Х6-ширина измельчающего барабана, Х7-густота травостоя.

А ^производительность установки по переработки навоза, А,,-тсмпе~ ратура навоза в процессе переработки, А3-норма осеменения навоза яйцами сапрофагов, А4-влажность навоза, А5-фаза развития личинок, А6-продолжителыюсть технологического цикла.

Б,-производительность кормоцеха, Б.,-суммарная моцщость двигателей, Е,-влажность готовой продукции, ^-продолжительность работы цеха в году, Р5-суммарная масса загружаемого исходного сырья, Р6-время смешивания компонентов.

Зафиксировав основные понятия, перейдем к построению общей схемы взаимодействия, интерпретируемой далее как первый уровень модели технологических процессов кормопроизводства.

[А]

М

Рис. 3. Основные блоки модели кормопроизводства

На рис. 3. представлена модель взаимодействий процессов, протека ющих в кормопроизводстве в соответствии с выражением (1) и учетом, чт параметры [Б] нашли отражение в самом алгоритме [У] - регистрируемы проявления и результаты процесса, определенного параметрами [X], [А],[Р

Необходимо было построить алгоритм, расчеты по которому могл! бы классифицироваться как математический эксперимент в кормопроиэ водстве. После определенных шагов декомпозиции искомый алгоритм пред ставим следующей схемой (рис. 4.).

Следующие шаги декомпозиции сделаны для выявления структуры 1 алгоритма блока "Реализация процесса".

В частности, эти задачи могут иметь комплексный характер - в смысл параллельного взаимодействия и обмена данными моделируемых процес сов (рассматриваемых в едином календарном времени).

Другие задачи могут иметь независимую постановку — в том смысле что они либо оказываются самостоятельными по своему содержанию, либ< на каком-то этапе исследований допустимо их изолированное рассмотре ние (без прямого привлечения остальных данных кормопроизводства).

Наконец, в пределах алгоритма можно говорить о включении в ком плексные расчеты отдельно решаемых задач, когда, например, должен бьп сделан выбор среди конкурирующих вариантов, или же в случаях, когд качество результатов отдельно решаемой задачи должно быть оценено комплексе других вопросов. •

В соответствующих разделах данной работы приведен математичес кий аппарат, послуживший основой построения модельных представлени процесса кормопроизводства. При этом большинство требуемых расчете! было проведено посредством программных модулей, разработанных со гласно вышеприведенным вычислительным схемам. Полученные резуль таты приводятся в последующих главах по ходу их изложения.

Исходные и регистрируемые данные Результаты расчетов

Рис. 4. Общая схема модели данных и операций кормопроизводства

4. Технологии производства биологически полноценных кормов из зеленых растений

4.1 Обоснование технологии и средств механизации для заготовки сенажа с механическим обезвоживанием травяной массы

Многие операции традиционной технологам заготовки кормов из зеленых растений для получения сенажа энергоемки, требуют значительно-

го количества техники и высоких трудозатрат. Несовершенство традиционных способов заготовки кормов приводит к потере 30-35% питательных веществ и каротина и снижению качества (табл. 3.).

Таблица:

Химический состав, питательность и качество сенажа, заготавливаемого е хозяйствах Новосибирской области

Показатель, на 1 кг: учхоз "Тулинское", люцерна + костер совхоз "Витебский", костер + люцерна совхоз "Барлакский", клевер + рожь совхоз "Краснинский", костер колхоз "Новая семья", люцерна + донник

Кормовые единицы 0,29 0,15 0,29 0,21 0,32

Сухое вещество, г 493 182 409 225 451

Переварим, протеин, г 41 16 28 21 30

Сырой жир, г 24 7 15 12 20

Клетчатка, г 174 94 140 58 170

БЭВ, г 204 43 181 119 190

Сахар, г 8 0 12 7 6

Сырая зола, г 25 20 30 13 24

Кальций, г 2,4 3,7 5,7 1,6 2,8

Фосфор, г 1,5 0,5 1,3 0,8 1,6

Каротин, мг следы 0 0 0 20

Соотношение кислот, %

молочная 46 33 79,7 18,2 78,9

уксусная 44 41 19,5 20,6 11,4

масляная 10 26 0,8 61,2 9,7

Класс корма Неклас. неклас. неклас. неклас. неклас.

В неустойчивую погоду не удается провяливать траву до оптималь ной влажности. Получить сырье со стабильной влажностью трудно даж< при благоприятных погодных условиях вследствие неравномерности про вяливанпя травы.

Частично эта проблема решается при заготовке зерносенажа, когд; растительная масса уже на корню имеет влажность, близкую к оптималь ной. Это подтверждено проведенными нами производственными опытам! в 5 хозяйствах Новосибирской и Кемеровской областей [41,42,43].

Разработан пятипольный кормовой севооборот с бобовыми комно нентами, позволивший организовать в условиях ЛЗС сырьевой конвейе] для производства зерносенажа.

Для ускорения провяливания растительной массы разработали и изготовили приспособление на жатку ЖВН-б для плющения соломенной массы и раскладки ее в тонкослойный валок. Исследования прове-ш на лгопсрио-костровой травосмеси и люцерне.

Высота и качество среза жаткой, переоборудованной на низкий срез, удовлетворяли агротехническим требованиям при скацпташш сеяныхтрав, збеспечивая ширину тонкослойного валка 1,8—1,9 м, при ширине валка, ¡формированного жаткой ЖВН-6, не превышающей 1 м.Тодщина валка поцерио-костровой травосмеси составляла 7—8 см, на люцерне — 12—13 см. Толщина палка, сформированного жаткой ЖВН—6, соответствешю 14—17 124-25 см. Устойчивость валка на стерне определяли по коэффициенту

д , _Hcm~h

>садки л — 1 тт , (2) где Нсп - высота стерпи, см, h - среднее

ст

»асстояние от основания валка до почвы, см. Коэффициент осадки люцер-ю-костровой травосмеси для тонкослойного валка равен 0,96, для конт-юлыюго - 0,77, для люцернового — 0,83. Тонкослойный валок оказался стопчивей. Сцепление стеблей в валке оценивали по коэффициенту связ-

ТГ _ А_

юсти 1Ксв ~ г , (3) где «m.tt — минимальная высота подъема валка для

min

го подбора, см, h - высота подъема валка до начала разрыва (наступле-:ис отслоения нижних стеблей валка) в месте перегиба, см. Для тонкодойного валка Кп1 оказалось равным 1,5, для контрольного Ка2 — 1,4, То сть связанность тонкослойного валка несколько выше, чем контрольно-э, за счет перекрестного расположения стеблей.

Исследование динамики влажности зеленой массы показало (рис. 5, ), что общее время сушки тонкослойного валка по сравнению с валком, формированным жаткой ЖВН-6, сокращается почти в 2 раза. Разница тажиости стеблей в верхней и нижней частях тонкослойного валка несущественна. В валке, сформированном не переоборудованной жаткой, эта тзница достигает 15-18%. Большая разница во влажности нижнего и вер-теш слоев отрицательно сказывается на качестве сенажа.

Верхний слой тонкослойного валка сохнет быстрее, чем контролыго-», за счет плющения. В тонкослойном валке листочки сохнут практичес-I одинаково со стеблями за счет их гшощения.

Использование переоборудованной жатки, укладывающей тошсослой-ый валок с плющением стеблей, позволяет при заготовке сенажа повы-ггь производительность труда на скашивании и сократить время сушки, счет чего при благоприятной погоде создается возможность существен-

Рис. 5. Сушка люцерно-кост-ровой травосмеси (по слоям), скошенной жатками ЖВН—6 с приспособлением, и метеорологические условия: 1,2,3 - верхний, средний и нижний слои тонкослойного валка (ЖВН-6 с приспособлением); 4,5,6 - то же, для обычного валка (ЖВН-6); 7 - температура воздуха, 'С; 8 - влажность воздуха, %

Рис. 6. Сушка люцерно-ю стровой травосмеси, скошеннс жатками ЖВН—6 с нриснособЛ' пнем, и метеорологические у ловия: 1 ~ валок ЖВН~6; 2 - то) кослойный валок (ЖВН-6 с пр: способлением); 3,— температу воздуха, °С; 4 - влажность ъозд ха, %

но ускорить провяливание валко». Однако, радикально решить во рос с провяливанием травы в условиях неблагоприятной погоды за сч формирования тонкослойных пал ко в не удается.

Одним из приемов, позволяющих сократить потери питательных I щсств, увеличить выход корма с единицы площади посева, повысить« качество и уменьшить затраты, является примените механического 061 воживанпя травяной массы.

Технология заготовки сенажа с применением механического обсз1 живания массы включает скашивание, измельчение и погрузку в тра! порт, транспортировку массы к хранилищу, обезвоживание травы на прес закладку л уплотнение отжатой массы в хранилище и еш герметизацию 1 ■ Скашивание и измельчение зеленой массы производили кормоу! рочными комбайнами. Пресс в стационарном или мобильном навесг положении устанавливали у хранилища. Измельченную массу с поля д тавляли к прессу. Подачу травяной массы в пресс осуществляли шггател< дозатором, обеспечивающим быструю разгрузку транспортах средств, жатую массу из пресса подавали в траншею, уплотняли и герметизирова

Таблица 4.

Содержание питательных веществ в жоме и соке при обезвоживании кострепово-люцерновой массы. % (при натуральной влажности) учхоз "Тулинское", 1991 г,

Показатели Зеленая масса Жом Со::

Сухое вещество 29, 9 38, 5 13, 0

Протеин 4,9 5, 6 3,6

Клетчатка 7,5 11, 5 0,41

Жир 1,6 2,35 0,12

Зола 2,0 2,4 1,2

Каротин, мг/кг 46,0 54, 0 30,0

Питательность 1 кг, к.ед 0,25 0,30 0,13

БЭВ 13, 9 17,1 7,7

В результате отжима сока из зеленых растений получали новый продукт - травяной жом, представляющий собой измельченную, рассыпную массу с характерным травяным запахом. В процессе прессования влажность травы уменьшали до 58-62%, что обеспечивало благоприятные условия для консервирования. Жом имеет высокую биологическую ценность, так как в нем остается большая часть питательных веществ, содержащихся в исходной массе (табл. 4).

Обезвоживание позволяет получить материал с оптимальной влажностью. Анализ работ Фомина В.И., Завражиопа А.И. показал, что среди различных способов искусственного обезвоживания растительных материалов наиболее перспективным является механический. Для механического отжатия сока из зеленой массы наиболее пригодны шнековые прессы, обеспечивающие сравнительно высокую производительность. Применение оборудования, работающего в пищевой промышленности, не обеспечивает требуемых параметров процесса обезвоживания вследствие различных физико-механических свойств травы и пищевых материалов. Характер отжатия жидкости определяется как свойствами прессуемого материала, так и параметрами прессующих машин.

Расход энергии складывается из затрат на отжатие массы (разрушение тонкостенных крупных клеток сердцевинной паренхимы, содержащих большое количество сока) и на миграцию жидкости из пресса. Энергия на миграцию зависит от сопротивления фильтрации ее сквозь слой массы и от сопротивления истечения через фильтрующий элемент.

При аналитическом исследования процесса обезвоживания зеленой массы был использован математический аппарат винтового исчисления, разработанный А.П. Котельниковым и усовершенствованный Ф.М. Ди-

ментбсргом. При этом допускали, что прессующая масса в шнеко-вом прессе движется в виде структурной деформируемой гайки по винту. Рассекая шнек двумя параллельными плоскостями, перпендикулярными оси шнека, выделяем слой элементарной толщины с!х, па которои угол витка шпека а принимаем постоянной величиной. При приняты? допущениях на материал выделенного элементарного слоя действует силовой винт с1М, вызывающий перемещение материала по элементарному участку.

ёМ = ёга + шс!т° = (3?,+ сШ, + + dF4 + с1Р0 + (4)

где ёт и dtn° — соответственно главная и моментная части элементарного силового винта; \\ — множитель Клиффорда; с1Р, — сила взаимодействия материала с поверхностью вала; ёР2 — сопротивление движении: материала за счет изменений поперечного сечения капала^Р, - сила взаимодействия материала с поверхностью цилиндра; с1Р4 — сила, учитывающая нормальное давление и трение материала по поверхности витка шнека; с!Р - результирующая сила давления фаничных слоев на материал выделенного объема; ^ — результирующий реактивный момент, действующий ш материал со стороны соседних слоев. Комплексный угол, характеризующий расположение оси силового винта в пространстве по отношению к осг кинематического винта, который совпадает с осью шнека, определяется следующим выражением] = j + те]0,

где ] — угол между осями;3° - кратчайшее расстояние между ними. Рассматривая взаимодействие силового и кинематического винтов, получаем выражение элементарной работы с!А, совершаемой с!\1 на элементарном кинематическом винте сШ = с1и + \vdii0 при перемещении винтовою элементарного слоя:

иА = дт • du [(У! + У3) сов] -вщ],

где У1 и У., - параметры элементарных винтов соответственно силового и кинематического; du — главная часть элементарного кинематического винта. Используя принцип "перенесения", сформулированные А.П. Котелыгаковым, и теорию функций комплексной переменной, нами была проанализирована зависимость, связывающая элементарную работу йА с геометрическими параметрами шнекового пресса, через У1 и У,, Установлено, что с увеличением угла наклона образующей поверхностг пресса, а также его размерных параметров, работа, затрачиваемая на перемещение материала в прессе, увеличивается. Влияние физико-механических свойств материала проявляется через коэффициенты трения по внутренней поверхности пресса и телу шнека, что обеспечивает условия поступательного движения уплотняемого материала, т.е. Мс>Мтр., где Мс — момент сопротивления вращению массы со стороны камеры пресса Мтр. ~ момент сил трения массы о витки и вал шнека.

Мс = ■ (5)

где ц - коэффициент бокового давления; Г - коэффициент трения; О - диаметр витка; г ~ шаг винта; р, - сила проталкивания массы;

Р.

где С - коэффициент давления; а - коэффициент сжимаемости; ^ плотность исходной массы; б - степень сжатия массы.

а _ О + а

Мтр. = р2 —+ 2р;

(6)

2

■ сила трения соответственно меж-

где й - диаметр вала шнека; р3,р3 ■ ду массой и витком шнека и между массой и валом шнека.

На основании проведенною теоретического анализа [49] влияния на процесс сжатия материала конструктивных параметров шнека и физико-механических свойств материала была разработана конструкция шнеково-го пресса (рис. 7).

ШССЗ

..Шг^

МЗПГЗ

V

Рис. 7. Принципиальная схема шнекового пресса для механического обезвоживания: 1-электрпческий двигатель; 2-редукгор; 3-корпус; 4-шнек; 5-поверхность фильтрации; 6-рама; 7-датчик оборотов вала; 8-токосъем-ник; 9-датчик крутящего момента; 10-датчик давления.

По длине камеры пресса были выделены три зоны: зона предварительного сжатия, зона активного сжатия и зона окончательного сжатия. Давление в корпусе пресса регулировалось сменными насадками. В каждой зоне были установлены тензометрические датчики давления. Измерительная система позволяла регистрировать изменяющиеся во времени параметры процесса: нормальное давление в зоне сжатия, крутящий момент на шнековом валу к количество оборотов шнекового вала. В экспериментальных исследованиях использовали зеленую массу люцерны и злаково-бобовых смесей. На основании проведенных исследований были определены давление, диаметр отверстий поверхности фильтрации, влажность и размерные характеристики. Процесс механического обезвоживания зеленой массы оценивали относительными показателями выхода сока К, проц.:

К=Мс/Ми.; К=Мс.в/Мс.в.и, (7)

где Ме- количество вьщеленного сока; Ми-количество исходной растительной массы; Мс.в, Мс.в.и, содержание сухого вещества в выделенном соке и в исходной растительной массе.

Экспериментами установлено, что увеличение диаметра отверстиг поверхности фильтрации приводит к повышению выхода сока, но, ка* видно из рис. 8, наибольшая величина диаметра отверстий ограничена содержанием сухого вещества в соке. Чем меньше длина резки, тем больше выход сухого вещества с соком.

К1 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

1

2 \ /

■ \

1

К

2,5

3,5 4 4,5

й,

0,4 0,3 0,2 0,1 О

^ \

мм

1,5 2,5 3 3,5 Р, МПа

Рис. 8. Зависимость содержания сухого вещества в соке от диаметра отверстий фильтрующей поверхности и длины частиц: 1 - /=0,05 м; 2 - /=0,02 м

Рис. 9. Зависимость выделения сока от давления в камере пресса и длины частиц 1 - /=0,05 м; 2 - /=0,02 м

Наибольшее соковыделение происходит при обезвоживании зелено! массы, длина частиц которой составляет до 0,02 м. Дальнейшее увеличение длины частиц до 0,08 м на процесс выхода сока оказывает слабое влияние Исследования, связанные с выходом сока в зонах: активного сжатия (Р[=1,8-2,2 МПа) и окончательного сжатия (Р,=2,5—3,2 МПа) показали что в зоне активного сжатия выход сока в зависимости от исходной влажности составляет 25...41%, а в зоне окончательного сжатия 59—75% от общего выхода. При этом наибольшее содержание сухого вещества было I соке, выделившемся в зоне окончательного сжатия (рис. 9).

На основании экспериментальных исследований определены основные параметры технологического процесса обезвоживания зеленой массь коническим шнековым прессом: диаметр отверстий фильтрующей поверхности 0,0025 м, 0,0035 м, давление в камере пресса 2,4-3,5 МПа, длшк частиц измельченной массы 0,025-0,035 м, общая площадь живого сечения дренирующего контура — 20-23%.

4.3. Выбор параметров самоходных кормоуборочных комбайнов

В современных условиях перед машиностроителями стоят задачи создания высокоэффективных кормоуборочных самоходных комбайнов, способных работать в конкретных почвенно-климатических условиях. В практике комбайностроения идут по пути проектирования, а затем исследования созданных комбайнов на натурных образцах, что значительно удорожает стоимость создаваемых машин и удлиняет сроки их обновления.

Автором предложен метод обобщения и анализа имеющихся данных по кормоуборочной и зерноуборочной технике с применением теории подобия и размерностей [2, 4, 5, 49].

Основные параметры самоходных кормоуборочных комбайнов: N - мощность двигателя, кВт; О — производительность, кг/с; Ве - длина измельчающего барабана, м; Вк - ширина жатки, м; О — масса комбайна, кг; п - частота вращения барабана, мин-1; Дй - диаметр барабана, м.

Функциональная связь приведенных параметров не представляется возможной, поэтому выразим в виде символов.

Ф(Вж, Ве, И, От, п, Д6)=0. (8)

Выбрав в качестве основных единиц Вж, п, N. в критериальной форме (согласно П-теореме), получим:

Ф(П„ П2, П3, П4)=0, (9)

В6 N N Дб

где П^; П,»101,9^; П,=973,9^; П - (10)

безразмерные критерии подобия. Критерий П(, называемый степенью сужения потока растительной массы, поступающей в измельчающий барабан, должен иметь минимальные значения, так как в этом случае при большей ширине захвата жатки растительная масса обрабатывается комбайном, имеющим меньшую длину измельчающего барабана. Уменьшение этого критерия свидетельствует о возрастании толщины слоя продукта на измельчающем барабане и о большей напряженности в его работе. Однако конкретная величина П1 обусловливается почвенно-климатичес-кими и другими условиями. Например, наибольший показатель П,, равный единице, имеют такие комбайны, как ФОКС ЗРБ-Д, Хелтон-4000. У этих комбайнов ширина жатки равна длине барабана. Наибольшую степень сужения потоки имеют комбайны Е280, (0,36) Полесье-250, (0,73).

Критерий П, - удельная мощность двигателя, приходящаяся на единицу производительности в расчете на 1 м захвата жатки. Критерий П3 характеризует динамические особенности тех или иных комбайнов. Мощность двигателя, отнесенная к массе комбайна, показывает его энергонасыщенность и в известной мере отражает разгонные качества машины. Произведение числа оборотов измельчающего барабана на ширину захвата

жатки, стоящее в знаменателе критерия П2, до определенно» степени характеризует толщину слоя продукта, находящегося в измельчающем барабане, так как увеличение, при прочих равных условиях, ширины захвата жатки приводит к возрастанию толщины слоя продукта, поступающего в измельчающий аппарат. Увеличение числа оборотов барабана вызывает возрастание скорости движения растительной массы в подбарабанье и, как следствие, уменьшение ее толщины. С этой точки зрения критерий П, характеризует мощность, приходящуюся на единицу толщины слоя растительной массы в измельчающем аппарате, или энергоемкость такого важного технологического процесса, как измельчение. Значение критериев позволяет спрогнозировать эффективность работы различных машин. Например, у комбайна "Юпитер" (США) критерий П3-262,4 в сравнении с комбайном "Познань" (Польша), у которого П2=609,9, мощность двигателя используется более рационально.

Наименьшее значение критерия П,=0,005 имеет комбайн "Ягуар 695 БГ (Фирма КЬАББ), наибольшее - комбайн "Джон Дир" 5830 (П3=0,021).

Критерий П4 показывает соотношение основных конструктивных параметров измельчающего аппарата.

На рис. 10 представлена номограмма, построеная в осях П., П2, Пг П4. Значение критериев подобия для различных комбайнов (табл. 5) под-считывались исходя из технических характеристик отечественных и зарубежных комбайнов.

Для выявления эмпирических зависимостей П1=Г1(П2), П1=Г2(П4), П^Г^П^, П,=Г3(П4) точки, нанесенные в соответствующих квадрантах, аппроксимировались нелинейными уравнениями. Получены следующие выражения:

п, = 0.449+ ^ П, = 0.409+ 0-05'

П, 1 ' п4

П,-«*.»-^, „,. 0,0,7-(И)

Уравнения (11) согласованы между собой и отражают наиболее вероятные значения тех или иных параметров комбайнов. Можно заключить, что комбайны, параметры которых выражены через критерии подобия, расположены ближе к соответствующим кривым наиболее вероятных значений, обладают лучшими производственными показателями. Кроме того, уравнения (11) при подстановке в них значений соответствующих критериев подобия позволяют получить аналитические зависимости, выражающие связи между рассматриваемыми параметрами комбайна.

Таблица 7

Перечень" самоходных кормоуборочных комбайнов, для которых опре-_делены безразмерные критерии подобия (П,, П,, П„ П4)

№ п/п Наименование комбайна, страна- изготовитель № и/п Наименование комбайна, страна-изготовитель

1 Ныо Холанд США 18 Ягуар 685 Германия

2 Фокс БРР-Б США 19 Ягуар 682 БЬ Германия

3 Джои Дир 5400 США 20 Ягуар 682 Б Германия

4 Хелтон 4000 США 21 Е-280 С Германия

5 Джон Дир 5130 США 22 7715 •Италия

6 Джон Дир 5830 США 23 7720 Италия

7 Нью Холацд 1880 США 24 7725 Италия

8 Промик45А Франция 25 Полесье 250 Белоруссия

9 Рошал ЙР-ЮОО Франция 26 Полесье УЭС-250 Белоруссия

10 Юпитер Франция 27 КСК-100А-1 Белоруссия

И Рошал Франция 28 КСК-ЮОА Белоруссия

12 Е-280 Германия 29 Полесье К-Г-6 Белоруссия

13 Е-281С Германия 30 КСС-ЮОТ Белоруссия

14 Е-280 (2) Германия 31 КСГФ-70 Россия

15 Е-281(2) Германия 32 Познаньзавод Польша

16 Ягуар 695 Германия 33 Познаньзавод Польша

17 Ягуар 690 Германия

\ А

*

А

тг*

1 , ~ 1

* 1 ♦ 1

п <* 1 1

1 1

| 1

1

40 0.35 Ь.ЗО 0.25 0.}0 0.15 0.10 0.05

1

р.. _

шо :о<| зоо 4ш зоо ш 700 П2

Рис. 10. Параметры кормоуборочных комбайнов в безразмерных координатах (критерии подобия)

Анализ кривой 1 показывает, что для комбайнов с большими значенными критерия подобия П, характерны невысокие значения П2, что указывает на эффективное использование мощности двигателя у высокопро-

изводитслышх машин с большей степенью сужения потока растительной массы, и наоборот, комбайнам с небольшой степенью сужения потока растительной массы присущи высокие значения критерия П,, указывающею на менее эффективное использование мощности у этих м а

С другой стороны, комбайны с меньшей степенью сужения потока обладают лучшими разгонными характеристиками и являются более приспособленными к работе в условиях переменных нагрузок и к введению в систему их управления автоматического регулирования,.

Более высокие значения критерия П2 характерны для комбайнов меньшей производительности. С уменьшением этого критерия уменьшается энергонасыщенность и возрастает эффективность использования мощности двигателя.

Зависимость между критериями П3 и П4 (кривая 3) указывает на то, что удельный расход энергии, приходящейся на единицу массы, а следовательно, и динамические характеристики ухудшаются с ростом критерия П4. Пользуясь номограммой и уравнениями (11), задаваясь некоторыми параметрами (а, б, В6), можно определить остальные параметры для комбайнов с различной шириной захвата жатки. На рис. 10 точки на кривых К, К., К, К, и Р^^р, соответствуют базовым моделям комбайнов Е-280 и "Фокс" БРР-Д.

Анализ показал, что комбайн Е-280 можно более эффективно использовать с жаткой шириной захвата 2,5 м и мощностью двигателя 95 кВт. Комбайн БРР-Д по сравнению со своей базовой моделью имеет меньшую энерговооруженность на 5,1 кВт на 1 метр ширины захвата жатки, что отрицательно скажется на динамических характеристиках, при работе на полях со сложными природно-климатическими условиями и неравномерным распределением растительной массы.

Приведенные выше способы анализа имеющихся данных позволяют увязать между собой энергетические и конструктивные параметры самоходных кормоуборочных комбайнов и могут быть использованы как при доработке существующих комбайнов, так и при создании новых моделей.

5. Технология производства кормовых белковых добавок из свиного навоза

5.1 Взаимосвязи элементов технологического процесса

Переработка навоза личинками синангропной мухи позволяет получить белковые кормовые добавки, высокоэффективное органическое удобрение, а также предотвратить загрязнение природы отходами животноводства, что в целом дает возможность создания малоотходной технологии в сельскохозяйственном производстве (рис. 11).

Процесс переработки навоза личинками мухи разработан научным коллективом из НГАУ и ВИЖ. Исследования носили комплексный характер и включали направления: биология сапрофагов, средства механизации, зоотехническая, агрономическая и санитарная оценки продуктов переработки: (белковая мука и биоперегнои). Результаты исследований опубликованы в трудах НГАУ и ВИЖ (1974-1997 гг.). Автором исследовались инженерно-технические аспекты проблемы.

Технологический процесс можно представить схемой, показанной на рис. 12, со следующими обозначениями:

Р = ( ад, ...Р„)

Рис. 11. Схема рециркуляции питательных веществ в сельскохозяйственном производстве при переработке навоза личинками синап-тропных мух

У = (У,, У2,... Уп) - выходные параметры процесса, где У1-выход биомассы личинок, кг/ч; У2 - выход органического удобрения, кг/ч; У, - выход других продуктов, кг/ч.

¥(¥1,У3,...Уп)={1Х(Х1,Х2,...Хп);Р(Р1,Р2,...Р);2(21,22,...2п)] .

Х^ХрХ^Хз,...^) — контролируемые факторы, где X, — концентрация питательных веществ в навозе; X,—атмосферное давление; Х3— температура окружающей среды.

- неконтролируемые факторы, где Ъ-не учитываемые примеси в навозе; Ъг — колебания температуры в неконтролируемых точках; Ъг - отказы механических систем.

Рис. 12. Схема управления процессом переработки иавоза личинками комнатной мухи

Р=(Р1,Р2,Р3,...,Р[1) — управляемые факторы,

где Б,—норма внесения яиц в навоз; Р2 — толщина слоя навоза на лотке; Р, - масса исходного сырья.

Од1шм из основных контролируемых воздействий является норма ^ внесения яиц мух в навоз.

В начале технологического цикла в навоз закладывается определенное количество яиц комнатной мухи. На количество яиц влияют качестве навоза, отрохсдаемостьяиц, начальная масса одного яйца, конструктивные особенности установок и другие факторы.

В общем виде эта зависимость выражена уравнением:

Ч = г{Кх,Кг,Чъ№свЛу), (12)

где норма внесения яиц в навоз, г/кг; К1 — коэффициент отрож-даемости личинок из яиц (К,=0.80 0.95); К2 — коэффициент выживаемости личинок (К3= 0.85 -г 0.95); q(l — первоначальная масса одного яйца, М1 (с^ = 0.085 -ь 0.070); Wcв— концентрация питательных веществ в исходном навозе, Ку — показатель, учитывающий конструктивные особенности установок, (Ку=0,85-Ю,9).

Баланс масс различных компонентов, участвующих в технологическом процессе переработки навоза, представлен уравнением:

та = т" + т\ + тц„ +• т" + т', + тг,.„, (13)

В В ИС СВ СВ С» 7 * '

где т — масса субстрата, масса исходного сырья, кг; тяв — массе воды, содержащаяся в навозе, кг; т*в — масса воды, содержащаяся в личинках, кг; тис — масса испарившейся воды в окружающую среду, кг, гансв — масса сухого вещества навоза, кг; тЛ£а — масса сухого веществ; личинок, кг; тгса — потери сухого вещества навоза с газами, кг.

Пояснительная схема изменения баланса масс представлена на рис. 13.

Рис. 13. Изменение мае сы субстрата в технологическом цикле переработки навоза личинкамг сапрофашв

1-изменение содержание воды в навозе,

2-содержание воды 1 биомассе личинок,

3-содержапие сухогс вещества в личинках,

4-потери его с газами.

Масса испаряющейся влаги тис в процессе переработки зависит от температуры навоза, площади контакта навоза с воздухом, скорости движения воздуха:

ш ж = /Оч,Т),,&с,Ув) (14)

где (ц — время технологического цикла, ч; Тн — температура навоза, °С; Бк — площадь контакта навоза с воздухом, м-; Ув — скорость движения воздуха, м/с.

Время технологического цикла I переработки навоза

1Ц = + Х2 + Ч* <15)

где I, — время на подготовку установки к работе; г, — продолжительность развития личинок в навозе; I, — время разгрузки установки от субстрата.

5.2. Принципиальная схема и обоснование параметров технологического процесса

Прш чип пилы гая схе ма тех! юлошческого [ ¡роиесса иршеденанарпс. 14.

Рис. 14. Схема технологического процесса получения белковых кормовых добавок:

1-сбор навоза в животноводческих помещениях;

2-трансноргировка навоза в цех переработки;.

3-предварительная подготовка навоза; 4-произ-

водство яиц; 5-выращиванне биомассы; 6-разделение субстрата на биомассу и бноперепгой; 7-ириготош1ение белковой муки; 8-приготопление удоб-ре!шй из биоперепюя

Навоз, поступающий на переработку, имеет различную влажность (85—95%), которая зависит от многих факторов. Основными из них являются: технология содержания животных, способ уборки навоза, рацион кормления, время суток. С другой стороны, как показали наши исследования [19, 32], оптимальная влажность навоза для работы личинки колеблется в небольших пределах - 65~70%. Таким образом, в начале технологического процесса навоз необходимо нормализовать по влажности.

Для обоснования параметров оборудования проводили исследования физико-механических свойств навоза, основные результаты которых представлены на рис. 15.

75

У> ta

.дао

900

m

700 600 sco

60 Л

0,9 50

(1,8 40 1

0,7 M

20 У

10 ъЛ D

0

0 70

75

ВО 85 W%

Рис. 15. Изменение угла естественного откоса (а), коэффициента трения () и объемной массы (у) в зависимости от влажности навоза

Рис. 16. Схема действующих сил в барабанг ном разделителе навоза на фракции

Для нормализации навоза по влажности использовали эффект фильтрования через пористую перегородку и фильтрование жидкой фракции через густой осадок под действием сил гравитации.

Объем фильтрата, получаемый за малый промежуток времени с единицы поверхности фильтра, определяли выражением:

dV Sdt

Ар

M(R0C + R4)

(16),

где

V — объем фильтрата, м3 ; S ~ поверхность фильтрования, м2

t — продолжительность фильтрования, с; Ар — разность давления, Па; ¡л — вязкость жидкой фазы суспензии, Н е м 2; Roc - сопротивление слоя осадка, Н"1; Яф — сопротивление фильтровальной перегородки, H

Из выражения (16) следует, что увеличение скорости выделения фильтрата возможно за счет увеличения давления на поверхность разделяемого материала и снижения сопротивления слоя осадка. В связи с этим был рассмотрен технологический процесс разделения жидкого навоза на фракции в барабанном разделителе с проницаемым экраном (рис. 16).

При повороте барабана на угол a—wt на частицу навоза действуют силы: P=mg - вес частицы; Fn - центробежная сила инерции; Ftp - сила трения частицы о металл проницаемого экрана; Fbt - сила внутреннего

трения между частицами жидкого навоза; Ид - нормальная составляющая результирующей силы \у - угловая скорость вращения барабана.

В системе координат п-т получим нормальную и тангенциальную составляющие результирующей силы.

Рп = ]ГРШ Рг=^]Рг1 (17)

ы 1=1

где Рш - нормальные составляющие действующих сил, Рп - тангенциальные составляющие действующих сил.

На основании уравнения (17) определим угол неустойчивого равновесия а :

а=агс5Щ

«■гЛ(Кт+Квт)

уИ«2(Кт + Квт)2

Я[(Кт + Квт)1 +11 | ё [(Кт + Квт)2 +1]2

- 1(Кт + Квт)21 *-----------------; (18)

(Кт + Кпт)2 +1

г

п

где Кт — коэффициент трения частицы о металл, Квт — коэффициент трения между частицами навоза.

Как видно из рис. 15, со снижением влажности угод естественного откоса и коэффициент трения увеличиваются, что приводит к более высокому подъему частиц во вращающемся барабане без скатывания и более длительному "выпрессовываншо" влаги через слой осадка и проницаемый экран барабана.

Это подтверждается проведенными расчетами. Для барабана с параметрами К.=0,б5 м; п=0,6 с-1 при влажности навоза \У=98?о, Кт=0,1, Квт=0,05, ак=2Г12', а при \У=89%, Кт=0,3; К„=0,15, ак=7Г24'.

На основании проведенных исследований была разработана конструкция барабанного разделителя жидкого навоза на фракции с производительностью 30 м-'/ч, при снижении влажности исходного сырья на 12—15%.

Для выяснения зависимостей между отдельными параметрами технологического процесса выявили влияние на размерно-весовые параметры личинки нормы осеменения навоза яйцами мухи, начальной температуры навоза, времени технологического цикла, а также характер изменения температуры н влажности свиного навоза о процессе его переработки.

В процессе переработки навоза личинками периодически определяли влажность, температуру навоза, рост личинки (длина, масса, толщина). Норма внесения яиц на 1кг навоза варьировала в пределах от 0,1 до 2 г. Учитывая биологическую особенность кладки яиц мухами, загрузку биоматериалом производили точечным способом. С момента загрузки на секцию и до окончания технологического цикла регистрировали фазы разви- .

тия личинки. Критерием прерывания цикла являлась фаза развития личинок (окукливание).

Эксперименты показали, что среднее значение длины личинки составляет: 1-й день - 1,98 мм, 2-й день - 3,35 мм, 3-й день - 7,80 мм, 4-й день - 10,75 мм.

Характер эмпирических кривых распределения частот длины показывает, что закон распределения по дням развития не одинаков. В первый день развития личинки закон распределения частот длины аппроксимируется кривой нормального распределения (рис. 17). Закон распределения частот с каждым днем развития все более отклоняется от закона нормального распределения. Между массой и длиной личинок существует тесная корреляционная связь, аппроксимируемая уравнением прямой у=5,5+3х, где у - масса личинки, мг; х - длина личинки, мм. Зависимость массы личинки в процессе переработки свшюго навоза от времени развития приведена на (рис. 18).

Существенное влияние на технологический процесс оказывает норма внесения яиц мух в навоз. С увеличением нормы §>2 г/кг выход сырых личинок снижается, так как повышенное содержание личинок приводит к угнетению их друг другом и недостаточному питанию рис. 19).

Температура навоза в процессе переработки изменяется по параболической кривой (рис. 20). В начале процесса температура незначительна и зависит от начальной температуры навоза. Личинки в это время слабы и практически существенного влияния на навоз не оказывают. К концу вторых суток температура навоза начинает возрастать и на третьи сутки достигает максимума.

Рис. 17. Распределение дли- Рис. 18. Изменение массы

ны личинок в 1-й день развития одной личинки за период технологического цикла

Влажность навоза в процессе переработки изменялась по линейной зависимости, которая аппроксимируется уравнением:

= (19)

где \Уп - начальная влажность навоза, \Уп= 75%; 1 - время переработки навоза, ч; В1 - опытный коэффициент, В1 = 0,31.

Уравнение (19) позволяет определить влажность навоза в текущий момент, что имеет практическое значение при регулировании технологическою процесса и послужило основой разработки секции с двойным дном, использоватю которого в технологической схеме создало возможность развития личинок в условиях оптимальной влажности навоза, сокращения времени цикла, увеличения выхода продукции.

Переработка навоза на кормовые добавки предусматривает получение большого количества биомассы. Поэтому встал вопрос отделения личинок от биоперегноя. Известные способы непригодны, так как они малопроизводительны и трудоемки. С этой целью мы изучали аэродинамические характеристики личинок и частиц биперегоноя. Проведенные исследования позволили выявить возможность аэродинамического способа отделения личинок от субстрата в зависимости от влажности. С увеличением влажности более 50% аэродинамический способ отделения личинок от био-иерегноя становится неэффективным [33].

Известно свойство личинок покидать субстрат в поисках места окукливания. Поэтому с целью ускорения процесса принудительного отделения частиц от биоперешоя изучали воздействие теплового и светового излучения на личинки.

Рис. 19. Зависимость выхода Рис. 20. Изменение влаж-

личинок от нормы внесения яиц ности итемпературы (1 °С)

Исследовали распределение нолей температур и освещенности субстрата на ленте с проницаемым экраном под лампами накаливания и по; люминесцентными лампами (рис. 2).

Экран-лента, на которой происходит разделение личинок и биоперегноя, представляет собой металлотканую сетку с размерами ячейки 2x2 мм.

Под лампа ми Под люминисцентными

накаливания ^"лампами

(У/ СУ/

Рис. 21. Интенсивность выделения личинок из субстрата

Освещенность лампами накаливания составила 1200 лк, люминесцентными - 450 лк. Поле распределения под люминесцентными лампам было более равномерным в отличие от поля иод лампами накаливания.

В первые 2 минуты под лампами накаливания выделилось 32% личинок, а процесс выделения закончился через 16 минут. Под люминесцентными лампами выделялось 27%, через 20 минут закончился процесс вы деления личинок.

Влажность субстрата не оказывала существенного влияния на про цесс выделения личинок. Ее влияние сказывалось на температуре нагрев; биомассы, так как в первые минуты происходит интенсивное испарен» влага. С увеличением толщины субстрата время отделения возрастает. Н; основании проведенных исследований была разработана производствен ная установка для отделения личинок от биоперегноя [33, 29].

Для оптимизации эксплуатационных и технологических параметро] установок для получения кормовых добавок проведен миогофакгорый эк сперименг [20].

Априорное ранжирование факторов, предварительные однофактор ные исследования позволили выделить наиболее значимые факторы: нор ма осеменения навоза яйцами мухи; начальная температура навоза; влаж ность навоза; рацион питания свиней; температура воздуха; количеств* подаваемого воздуха; толщина слоя навоза; фаза развития личинок; осве щенность.

Для выделения существенных факторов применили план Плакст-та-Бермана, представляющий из себя насыщенный плане матрицей специальной конструкции. Число экспериментов в этих матрицах М=4К._ Из условия Ы>Ь, где Ь - число исследуемых факторов (Ь=9), определяем кратность матрицы К= 12/4=3.

После реализации плаиа эксперимента проводим обработку его результатов. Для оценки дисперсии коэффициентов использовали фиктивные факторы 5. = 8,2/4к, где Б,2 остаточная дисперсия.

82=4к(а1+1-+а1+12+...+ап)12)/(4к-1-1), где а,_, - оценка эффекта фиктивного фактора. Значимость коэффициентов определяем по 1 критерию при уровне значимости а=0,1 со степенью свободы ,)=4к-1-1=2. Допустимо значимая величина эффекта отдельного фактора определялась ^>=4 • I ="> 92

Результаты проверки значимости оценок эффектов показали, что из 9 факторов значимыми являются 4. Значимые факторы и принятые уровни их варьирования приведены в табл. 6.

Таблица 6

Значимые факторы и уровни их варьирования

Факторы Обозначения Интервал Значения уровней

варьирования - 0 +

Норма осеменения Х1 0,9 0,2 1,1 2

навоза яйцами, г/кг Фаза развития х2 3 7 .10 13

личинок, мм

Начальная Хз 14 60 74 86

влажность навоза, %

Начальная X* 5 10 15 20

температура навоза, "С

Исходя из цели многофакторного эксперимента (получения математической модели, определегоиг координаты оптимума) и учетывая трудность опытов, мы приняли насыщенный трехуровневый план. После рандомизации и проведения опытов по матрице плана результаты экспериментов обрабатывали в следующем порядке: ошибки опытов исключали по критерию Стьюдента; однородность дисперсий проверяли с помощью критерия Кохрена; значимость коэффициентов по I-критерию; адекватность модели по критерию Фишера.

Конечная модель уравнения, описывающего выход массы личинок из 1 кг навоза, представлена в следующем виде:

(2=107-31,2Х[2 + 22,Зх,- 21,6x^+18,6х3+21,1х1х2-1,2Ц,+ 1,46х1х4 (20) Из уравнения (20) видно, что наибольшее влияние на процесс получения биомассы оказывают норма осеменения навоза яйцами и фаза развития. Для анализа адекватной модели изучали поверхность отклика в

окрестностях оптимизма. Для этого проводили каноническое преобразование уравнения (20). Подставляем значение х_, и х4на нулевом уровне, т.е. хл=0; х4=0 в уравнение (20), в результате получаем:

(2=107-31,2х^ + 22,Зх; - 21,6х/ + 18,6х3 +21,1х1х3 (21)

После дифференцирования сКЗ/ёх, р с1(3/с1х2 и решения полученной системы уравнений находим координаты центра поверхности х,=+0,59; х.,=0,72. Подставив эти значения х, и х2 определим выход личинок из 1 кг навоза в центре поверхности (}—120.

Коэффициенты регрессии уравнения (21) в канонической форме определили решая характеристическое уравнение

В1--(ви+в13)В+(вив2,-1/4в1;-)=0 откуда Ви=-37,99; В2 =-14,81. Уравнение регрессии в канонической форме имеет вид

У-120==14,81-х12-37,99х31 (22)

Подставляя значение выхода биомассы из 1 кг навоза в уравнение (22), получаем выражение соответствующих кривых. Анализ двухмерногс сечения поверхности отклика показал , что можно получить выход биомассы в количестве 130 г с 1 кг навоза, за счет доведения нормы осеменения навоза до 1,57 г/кг и фазы развития личинок до 12,46 мм, или же пр1 норме осеменения навоза 1,83 г/кг и фазе развития до 11,53 мм.

Как показали исследовагаш [20], личинки, полученные при фаз( развития до 9-10 мм, имеют большую влажность (22-26%), чем личинк! от 12 до 14 мм (14-16%), что соответственно сказывается на выходе бел ковой муки. Следовательно, управлять процессом выхода биомассы (с це лью его увеличения) необходимо за счет увеличения фазы развития личи нак при допустимом снижении нормы осеменения навоза яйцами, чте позволит повысить выход белковой муки и снизить затраты на выращива ние излишнего поголовья мух.

По результатам исследований разработаны принципиальные схемы схемы планировки и техническая документация на три установки для по лучения белковых кормовых добавок из личинок мух: установка лоткова; УБПН-20; карусельная установка УТК - 1,0; установка для переработк жидкого навоза [19, 21, 22, 28,].

6. Технология получения полнорационных гранулированных кормовых смесей с использованием белковых кормовых добавок

Использование на корм животным полнорационных гранулирован ных кормовых смесей позволяет наиболее полно удовлетворить потреЕ ность животных в питательных веществах за счет рационального расходе вания грубых кормов, использования травяной муки, продукции растени еводства, муки из личинок мух.

Для эффективного использования полученных из навоза кормо-шх добавок использовали полнорационные гранулы из растительных сормов с включением добавок, полученных при переработки свиного ивоза.

Для обоснования основных показателей процесса гранулирования -сормов и выбора рациональных параметров рабочих органов оборудования тдя технологических линий необходима информация но физико-механическим и размерным характеристикам гранул, с добавлением муки из личинок.

Исследования проводили с гранулами, получаемыми от гранулятора ОГМ-0,8, с матрицей, имеющей отверстия в 9,5 мм. Замеряли массу гранулы У, ее длину X,, диаметр Х2, количество трещин X ,. Параметры эмпирических и теоретических кривых распределения замеряемых величин, а также показатели корреляционных зависимостей между ними представлены в табл. 7.

Таблица 7

Размерно-весовые и физико-механические характеристики гранул

Культура Уравнение регрессии

Опес Овес+рожь Вика+овес Донник Рожь Костер+тимофсевка Костер+люнерна Люцерна У=0,ПХ+0,0 У=0,10X1+0,001-Х1-0,02-Х.г0,07 У=0 Д1-Х1+0,11 -Х2-0,05Хз-0,17 У=0,08ХГ0,001 -Х?+0, ЮХз+0,27 У=0,09Х 1-0,17 -Х2-0,06-Хз+1,87 У=0,09-Х1-0,15-Х2+0,01-Х3-1,45 У=0,08Х1+ОД7-Х2-0,23-Хз-1,0 У=0,[0Х1-0,15Х2+0,07-ХГ1,4

Результаты обработки показали, что среднее значение массы одной гранулы колеблется от 1,28 до 4,38 г, средняя длина гранулы - от 15,43 до 39,63 мм. Диаметр гранулы оказался больше отверстий матрицы и почти не менялся (10,8-10,11), среднее количество трещин изменялось от 0,09 до 0,99.

Корреляционная связь между размерно-весовыми характеристиками гранул У=Г(Х)); У=Г(Х,); У=Г(К,) показывает, что между массой гранулы и ее длиной есть прямая существенная корреляция. Коэффициент корреляции колеблется от 0,40 до 0,97. При этом имеют место как положительная, так и отрицательная корреляция.

Зависимости между переменными определяли по уравнешпо регрессии У=Ь11-х,1+ Ь4-хд+ Ь,1-х,г+ Ь0, где Ь(г, Ь,1, Ь^ - коэффициенты регрессии, Ь0 -свободный член.

Коэффициент регрессии дня гранул различного состава колеблется весьма значительно. Коэффициент множественной корреляции находится в пределах от 0,16 до 0,98.

ос

¡Х[11 й-! ¿У*

Рис. 22. Технологическая схема завода приготовления полнорашюнных кормов с белковой добавкой

Применение уравнений (табл. 7) и Необходимо при определении траметров кормопрнготовительных линий предприятий для произвольна полноценных кормовых смесей с белковыми кормовыми добавили. Материалы исследования были использованы при разработке проектного задания и в качестве части исходных данных при нроектирова-ши зональным институтом "Сибпшросельхозстрой", проектной документации технологических линий завода по производству полнорацн-мшых фанулированных кормов производительностью 15-20 тыс. тонн в чод. В производственной части завода (рис. 22) имеются отделения приготовления травяной муки (II), комбикормов с добавкой белковой муки гз личинок (I), приготовление влажных кормовых смесей (сенаж и др.) ¡III) и приготовление полнорационных гранул (IV).

Технологический набор оборудования завода предусматривает приготовление полнорапионных гранул травяной муки, зерносенажа, концентратов, белковых кормовых добавок, полученных при переработке свиного навоза личинками комнатной мухи.

Таким образом корма, полученные с применением разработанных технологий, можно применятьне только раздельно, но и как компоненты полнорапионных гранул.

7. Эффективность реализации основных результатов исследований

Энергетическая оценка предложенной технологии в сравнении с традиционной была проведена согласно разработанной РАСХН, ВИМ, ЦНИ-ИМЭСХ и ВИСХОМ методике энергетического анализа технологических процессов в сельскохозяйственном производстве (1995 г.).

Оценка включает прямые энергозатраты (в основном нефтепродукты, электроэнергия) на производство единицы продукции (или единицу обрабатываемой площади) и косвенные затраты энергии (на производство средств механизации, удобрений, гербицидов и др.). Полные энергозатраты включают как прямые, так и косвенные затраты, то есть затраты энергии, овеществленные в объектах и материалах, используемых в технологическом процессе или технологии.

Как составные элементы в полные (совокупные) затраты энергии входят еще энергозатраты живого труда и энергоемкость средств механизации. Энергетическую оценку технологии проводили на основе технологических карт.

Сравнительный анализ дает возможность выявить распределение энергозатрат по составляющим элементам и дать оценку вариантам техно-логин (табл. 8).

Энергоемкость средств механизации по вариантам составила 2053 и 1755 МДж/га, для традиционной технологии затраты на 17% выше.

Введение в технологию обезвоживания массы позволяет готовить сырье стабильной влажности, уменьшить парк уборочных машин, снизить

Таблица 8

Распределение затрат энергии при заготовке сенажа

Элементы затрат Технология

Традиционная с естественной сушкой с обеэв массы оживанием на прессе

МДж/га | % МДж/га | %

Машины и оборудование 2053 56 1755 49,95

Жид кое топливо 1608 43,83 1518 43,19

Электроэнергия - 237 6,75

Затраты труд а 6,3 0,17 4 0,11

Итого 3667 100 3514 100

трудо- и энергозатраты за счет исключения ряда операций, уменьшить зависимость заготовки от погодных условий и сократить ее сроки, обеспечить высокую сохрашюсть питательных веществ и повысить качество корма.

Испытания разработанного пресса для механического обезвоживания показали, что в среднем удельные затраты энергии на обезвоживание составили 2,36-4,34 кВт • ч на 1 т исходного сырья. При снижении влажности с 70 до 60% аналогичный показатель отечественных прессов 2,35-9,7 кВт • ч, н зарубежных - 4-5-7 кВт • ч.

Исследования показали, что добавка биологической муки в рацион до 15% от рациона свиней способствовала повышению среднесуточного прироста живой массы до 760-8 Юг.

Поданным НГАУ и ВИЖа, хорошие результаты получены также при скармливании муки пушным зверям, птице, рыбе.

Включение в комбикорм 5-10% белковой муки повышает его питательную ценность. В 1 кг такого комбикорма 1,08-1,09 к.ед., 142-146 г. переваримого протеина, 8,4-7,5 г лизина, 4,9-4,5 г метеонина+цистина; 2,3-2,7 г триптофана и др.

Замена мясокостной и рыбной муки белковой мукой из личинок дает экономический эффект в 45-50 долларов США на 1 т комбикорма.

Удобрительное действие 50 т/га бноперегноя эквивалентно 8 ц аммиачной селитры, 9 ц двойного суперфосфата и 9 ц хлористого кальция. Биоперегной обладает фунгицидными и нематоцидными свойствами.

При внесении его в определенных дозах под зерновые прибавка уро-»сайности составила 2,0-7,2 и/га, картофеля-до 107, корнеплодов - 47-63, томатов - до 150 ц/га.

Проведенное в НГАУ технико-экономическое обоснование цеха биологической переработки отходов животноводства с производительностью 3 т/сырья в сутки показали, что экономическая эффективность работы цеха составила 53 доллара на 1 т исходной массы (прибыль от реализации продукции).

Экономия совокупных затрат энергии при освоении предлагаемой технологии составила 153 МДж/га или около 25 МДж на 1 т сенажа (при урожайности зеленой массы 10-12 т/га). При заготовке в JI3C 4 млн. т сенажа экономия энерго затрат составит около 100000 ГДж.

Выводы и предложения

На оспсшлшш выполнспых ггсслсдов<шгп'{ и производственной проверки решена научная проблема обоснования технологий н разработки технических средств ;1ля производства биологически полноценных кормой, нмеюгпая важное пародохозяйст венное значение.

1. Разработанная модель размерно-весовых характеристик растительной массы п анализ природно-климатических условии ЛЗС Сибири позволяют обоснован» выбор технологических операций заготовки кормов с у четом зональных погодно-климаткчсских условий и параметров рабочих органов кормоуборочпой техники. Установлено, что общее число дож шшых дней » среднем за уборочный сезон соеташяег 3.2 за декаду, при осадках за один дожлшвый лень 5,2 мм. Вероятность появления периода времени для естественной досушки, подвялпванпя весьма невелика. Установлено, что наибольшим колебаниям нодверАсны урожайность зеленой массы и плотность стеблестоя па 1 м-' (\Л'~33,6-73,8 н 48,5-77,41:), наибольшая ¡ус-гота стеблестоя у костра - 455 расшшй на 1м% средний днамегр стебля и пределах 1,63-2,12 мм, среднее значение массы валка от 312,0 до 808,4 г, толщина валка в пределах 5,03-8,16 см. Корреляционная функция растительной массы затухает для ячменя на 0,8...2,8 м, овеч - 11...15 м.

2. Предложенная структурная модель кормопроизводства, включающая вссбя параметры технологических проиессоинолучсння кормов, позволяет специалистам, используя алгоритм, решать комплексные задачи производства на современной компьютерной технике.

3. Разработанная всепогодная, тсртсссрааюптя технология производства кормов из зеленых растений (сенал) енпллет энергозатраты па 10-1535 по сравнению с зональными технологиями, сокращает парк уборочных машин, трудозатраты, сроки заготовки кормов до 8-Ю дней. Количество псрсваримого протеина с I га гга 20-253 выше по сравнению с 301 шл ы г ы ми тс хг голо гиями.

Для механического обезвоживания измельченных, трав наиболее рациональным яшяется пресс с коническим шнеком. С целью обеспечения наилучших условий протекания пропесса сокоотделения установлены следующие значения параметров пресса: длина измельченного материала 0,025-0,035\1, давление прессования 2,4-3,5 МПа, конусность 1:6, общая площадь живого сечения дренирующего контура 20-23Рс, удельный расход электроэнергии 2,4-4,5 кВт.ч/т, снижение влажггости растительной массы с 68-73$ до 58-62%.

4. Предложенный метод обобщения технических характеристик отечественных и зарубежных кормоуборочных комбайнов позволяет, используя безразмерные критерии подобия, установить взаимосвязь мощности двигателя кормоуборочного комбайна (N1) с шестью основными параметрами (О, Вж, Вб, п. О, Дб). Полученные уравнения наиболее вероятных значений основных параметров характеризуют их оптимальность. Например, анализ показал, что комбайн Е-280 эффективнее использовать с жаткой шириной захвата 2,5 м, при этом мощность дгшгатсля должна быть 90-95 кВт, (против 4,2 м и 1Ю кВт).

5. Безотходная технология переработки свиного навоза биологи ческим способом позволяет получить из 1т исходного сырья влажное тыо 80?с 22-25 кг белковой муки с содержанием протеина 43-45% ] выходом органического удобрения (биоперегноя) 400-600 кг.

6. Обос! юваны параметры среды обитания билогнческого объекта (сап рофагов) в процессе переработки навоза. Оптимальное содержание сухо к вещества в исходной массе составляет 25-30%, температура навоза 26...35 °С норма внесения яиц комнатной мухи от 0,2 до 1,5 г/кг сырья, продолжи тельность цикла 4-5 дней; температура воздуха 25...30 "С, в условиях атмосферного давления.

7. Оборудование доя переработки твердой фракции свиного навоз, личинками саирофагов включено в систему машин для комплексной мс хашшции сельскохозяйственного производства на 1986-1995 гг., тиф Ж15.2-19, раздел "Животноводство". Технологическая линия имеет следу ющне характеристики: производительность 1 т за ] ч чистого времени ра боты, масса оборудования 3 т, годовой выход белковой муки 140-160 т бпоперегноя 2800-3000 т.

8. Анализ многофакторноп зависимости производительности устано вок но переработке навоза: позволяет рекомендовать следующие оптималь ные границы осеменепностп навоза 1,57-1,83 г/кг, ддиналичинок от 12,4 до 13,53 мм, влажность навоза 75-80 %.

9. На основании теоретических н экспериментальных псследовашп получены следующие значения параметров:

- Установка для переработки жидкого навоза: - влажность исходной навоза 78-90%; емкость 1 т навоза; расход яиц 0,9-1,1 кг/т; диаметр реше верхнего 0,4-0,5 мм, нижнего 3-4 мм; влажность субстрата к концу техно логического цикла 55-65%; длительность цикла 120 ч; выход сырых лини нок 100 кг; выход бпоперегноя 400-600 кг (никл), установленная мощ ность 17 кВт.

- Отделитель личинок от бпоперегноя: освещенность 1200-1500 ль толщина слоя субстрата 20-25 мм, время отделения личинок 15-16 мш температура субстрата 37 °С...38 "С, диаметр отверстий проницаемого эк рана 2-3 мм.

10. Реализация основных результатов исследования показали что при менение разработанных технологий производства кормов снижает затрат1 энергии на 153 МДж/га.

Замена мясокостной и рыбной муки белковой мукой из личино сапрофагов дает экономический эффект в 45-50 долларов США на 1 комбикорма.

Список основных публикаций автора по теме диссертации

1. Кондратов А.Ф. Определение корреляционной зависимости межд параметрами стеблестоя в условиях лесостепи Новосибирской области/ Совершенствование с.-х. техники: Тр. НСХИ — Новосибирск, 197( т 38. - С. 43-45.

27. Рушсв А.Ф., Кондратов А.Ф. Исследование размерно-весовых характеристик стеблестоя в условиях лесостепи Западной Сибири// Механизация с.-х. производства в условиях Западной Сибири: Тр. НСХИ.-Новосибирск, 1975. т.82-С. 33-39.

28. A.c. 685250 СССР МКИ А01 К 67/00. Установка для переработки навоза беспозвоночными животными-сапрофагами./А.А. Овсянников, А.Ф. Кондратов, И.И. Гудилин и др. (СССР). - №2597476/30-15; Заявлено

31.03.78.; Опубл. 15.09.79, Бюл. №34.

29. A.c. 685251 СССР МКИ А01 К 67/00. Устройство для отделения беспозвоночных животных отсубстрата./В.М. Жигунов, А.Ф. Кондратов, \.Ф. Крюков и др. (СССР). - №2598469/30-15; Заявлено 31.03.78; Опубл.

15.09.79, Бюл. № 34.

30. Кондратов А.Ф. Разработка технологии и средств механизации жепериментального цеха переработки свиного навоза биологическим спо-:обом// Механизация животноводства в условиях Западной Сибири: Тр. 1СХИ. - Новосибирск, 1978, т. 114. -С.3-8.

31. Практикум но механизации животноводства: Учеб. пособие/ 1СХИ; Сост. А.Ф. Кондратов, И.Г. Богданова — Новосибирск, 1978.-65с.

32. Кондратов А.Ф. К вопросу математической модели технолотчес-;ого процесса переработки навоза личинками сшшатропных мух// Пере->аботка свиного навоза личинками комнатной мухи. Тр. НСХИ.- Ново-ибирск, 1979. т. 124. -С.71-76.

33. Жигунов В.М., Кондратов А.Ф., Шашкин П.Е. Исследование от-.елителя личинок с прбшшасмым экраном// Переработка свиного навоза пчинками комнатной мухи. Тр. НСХИ. - Новосибирск, 1979. т. 124. -:.31-33.

34. Кондратов А.Ф., Шашкин П.Е., Колтунов Е.В. Проблемы разра-отки энергосберегающих технологий кормопроизводства в Западной Си-ири// Ресурсосберегающие технологии в с.-х. производстве: Тез. докл.-:ауч.-техн. конф,- Волгоград, 1988.-С.31—33.

35. Кондратов А.Ф. Обоснование энергосберегающих технологий кор-юпроизводства// Проблемы разработки энергосберегающих технологий ормопроизводства Западной Сибири и Южного Урала. Сб. науч. Тр. 1СХИ - Новосибирск, 1989.-С.4-10.

36. Солоненко Л.П., Кондратов А.Ф. Анализ белкового комплекса ормовых культур как критерий оценки энергосберегающих технологий шутовки кормов в Сибири// Аграрно-промышлснный комплекс Сиби-и. - Новосибирск, 1990.

37. Кондратов А.Ф. Пугн решения проблем подготовки специалистов тя агропромышленного комплекса Сибири// Сиб. нестн. с.-х. науки. — 390 - №4.-С. 17-21.

38. Анализ и обоснование эффективности оргашгзационно-хозяйствен-ых решений, принимаемых в производственных ситуациях:Метод, раз-

раб. по проведению деловой игры/Сост. Ю.С. К ара бут, А.Ф. Кондратов, Р.И. Хусаинов/Новоспб. с.-х. ин-т.Новосибирск, 1990.-40с.

39. Кондратов А.Ф. Разработка энергосберегающей технологии заготовки сенажа в условиях Западной Сибири.// Проблемы аграрной науки в условиях перехода производства к рынку.-Новосибирск, 1991.— С. 103-104.

40. Кондратов А.Ф., Шашкин П.Е., Батов В.И. Разработка элементов технологии заготовки сенажа с применением механического обезвоживания травяной массы// Энергосберегающие технологии производства кормов в Западной Сибири. Сб. науч. тр. НГАУ. — Новосибирск, 1992.— С. 16-22.

41. Шубин Ю.И., Кондратов А.Ф. Опыт внедрения конвейерного производства кормов в севообороте для арендных коллективов и крестьянских хозяйств// Энергосберегающие технологии производства кормов в Западной Сибири: Сб. науч. тр. НГАУ. - Новосибирск, 1992.-С. 32-35.

42. Кондратов А.Ф. Научные основы разработки энергосберегающих технологий и средств механизации заготовки сочных кормов в условиях лесостепи Западной Сибири // Проблемы науки и производства в условиях аграрной реформы: материалы науч.—практ. конф. НГАУ (Новосибирск, аир. 1993г.). —Новосибирск, 1993.-С. 75-80.

43. Кондратов А.Ф. Энергосберегающая технология заготовки кормов//Анализ современных аграрных проблем: Тез. доки, науч.-практ. конф. ученых НГАУ и Гумбольдского ун-та. (г. Берлин), Новосибирск, аир. 1995 г. - Новосибирск, 1995.

44. Решение патентной экспертизы ВНИИГПЭ о выдаче патента на изобретение по заявке №93-041437 "Пресс для отжима сока"/А.Ф. Кондратов (РФ). — Положительное решение 13.09.95 г.

45. Кондратов А.Ф., Шашкин П.Е. Интенсификация процесса заготовки кормов//Проблемы АПК в условиях рыночной экономики: Тез. докл. юбил. per. науч.-практ. конф. (Новосибирск, май 1996г.). -Новосибирск, 1996. -С.160-161,

46. Kochiiev N.N., Emst L.K., Kondratov A.F., Petukhov V.L., Nezavitin A.G. Concentration of chemical elements in zoo animals//1"Jntarnational Symposium on Physiology and Ethology of Wild and Zoo Animals,-Berlin, Germany, 1996. - P.51.

47. Kulikova S.,Kochncva M., Kondratov A., Paramonova T., Petukhov V. The correlation of immune response efficiency to some antigens with indexes of somatic chromosome instability in cattle// XXVth International Conference on Animal Genetics—Tours—France, 1996. — P.71.

48.Кондратов А.Ф., Ладыгин Ю.Ф. Вопросы построения математической модели технологии кормопроизводства: Сб. науч. тр. НГАУ. - Новосибирск, 1997.

49. Кондратов А.Ф. Технологии и технические средства получения полноценных кормов, (монография)/ РАСХН Сибирское отделение. — Новосибирск, 1997.