автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Технология и агрегат для приготовления комбикорма из плющеного фуражного зерна

На правах рукописи

Байдов Антон Влдомнромч

ТЕХНОЛОГИЯ И АГРЕГАТ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМБИКОРМА ИЗ ПЛЮЩЕНОГО ФУРАЖНОГО ЗЕРНА

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Рязань -2005

Работа выполнена на кафедре "Механизация животноводства" ФГОУ ВПО "Рязанская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора П.А. Костычева".

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор В.Ф. Некрашевич

доктор технических наук, профессор A.A. Курочкин; кандидат технических наук, доцент BJC. Киреев

ГУ «Рязанский научно-исследовательский и проектно-технологический институт АПК».

Защита состоится: " " рсгпля£1ы$ 2005 года в часов на заседании диссертационного совета Д 220.d57.02 при ФГОУ ВПО "Рязанская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора П.А. Костычева " по адресу: 390044, г.Рязань, ул.Костычева, д.1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО "Рязанская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора П.А. Костычева

Автореферат разослан " eju^nuß^Sj 2005 года.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 390044, г. Рязань, ул. Костычева, д. 1, Ученому секретарю диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета, V /т/Т

доктор технических наук, профессор / У Угланов МБ.

/¡кЪЪ^

ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Полноценное кормление оказывает решающее влияние на рост, развитие, здоровье и продуктивность сельскохозяйственных животных, птиц и рыб, которое в значительной мере может быть достигнуто за счет комбикормов.

Комбикорм представляет собой однородную смесь очищенных и измельчённых до необходимой степени различных кормов, составленную по определённому рецепту, предусматривающему надлежащее сочетание необходимых ингредиентов и обеспечивающему наиболее эффективное использование питательных веществ. Известно, что применение комбикормов при выращивании животных повышает их продуктивность на 10-13%, а если в комбикорм ещё добавить обогатительные вещества (аминокислоты, премиксы, микроэлементы и т.д.), продуктивность может возрасти до 20% и более.

В настоящий момент становиться экономически выгодным приготовление комбикорма непосредственно в самих хозяйствах. В этом случае лучше используется кормовая база хозяйства, сокращаются расходы на транспортные перевозки как внутрихозяйственные, так и внешние. Однако и здесь существует ряд проблем. Одна из них - недостаточно развит рынок оборудования для производства комбикорма в хозяйствах. Существующее и выпускаемое в данный период оборудование имеет высокую производительность и может быть эффективно использовано только на крупных предприятиях. Малые частные животноводческие хозяйства в основном имеют небольшое поголовье животных и применение оборудования с большой производительностью для них не выгодно. Кроме того, все выпускаемое оборудование для приготовления комбикормов создано на базе молотковых энергоёмких дробилок. Как показывает практика в кормах, приготовленных на таких дробилках, содержится большое количество пылевидных частиц, что снижает использование животными, особенно свиньями, энергетического потенциала корма.

Поэтому исследования, направленные на совершенствование технологии и разработку малогабаритных установок для приготовления комбикормов на основе плющеных кормов, являются весьма важными и актуальными.

Цель исследований - повышение эффективности использования зерновых кормов в рационах кормления сельскохозяйственных животных и снижение затрат труда и энергии на приготовление комбикорма за счет совершенствования технологии и разработки агрегата, одновременно сочетающего в себе устройства для дозирования компонентов комбикорма, последующего их плющения и смешивания и оптимизация режимов его работы.

Объект исследований. Объектом исследований является рабочий процесс малогабаритного агрегата, включающего последовательно установленные бункер-дозатор, вальцовый узел, выгрузной шнек^меситепь--

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ ! БИБЛИОТЕКА

Методика исследований. Достижение поставленной цели осуществлялось теоретическими и экспериментальными исследованиями.

Теоретическое исследование посвящено получению зависимостей, позволяющих установить оптимальные конструктивные и технологические параметры агрегата для приготовления комбикорма из плющенного зерна.

Экспериментальные исследования выполнены на специально изготовленных установках с использованием стандартных и частных методик с применением методов планирования эксперимента.

Обработка результатов экспериментальных данных проводилась методами математической статистики с применением ЭВМ.

Научная новизна заключается в разработке технологии и агрегата, позволяющих осуществить одновременно дозированную подачу компонентов комбикорма в вальцовый узел, где происходит их плющение, и далее в шнек-смеситель, где происходит смешивание плющеных компонентов.

В связи с этим агрегат включает: бункер-дозатор; вальцовый узел и выгрузной шнек-смеситель.

Новизна предложенных технологических и технических решений подтверждена патентом РФ № 2215580 «Вальцовый станок», патентом на полезную модель № 38120 «Комбикормовый агрегат» и свидетельством на полезную модель № 31517 «Вальцовая плющилка зерна».

Практическая ценность и реализация работы. Разработанные технология и агрегат позволяют осуществлять приготовление комбикорма из плющеного фуражного зерна, а так же экономить энергию на самом процессе его приготовления. Опытный образец агрегата для приготовления комбикорма из плющенного фуражного зерна испытан на кафедре «Механизация животноводства» Рязанской ГСХА. Производственный образец испытан в учхозе «Стенькино» Рязанской области, так же производилось скармливание полученных кормов лактирующим коровам. Вальцовая плющилка зерна, на основе которой был создан комбикормовый агрегат, работает на Старожиловском конезаводе и в СПК «Алексашино» Рязанской области.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях Рязанской ГСХА в 2001 - 2005 г.г. Комбикормовые агрегаты были представлены на П и V Московских международных салонах инноваций и инвестиций в 2002 и 2005 годах, где соответственно были награждены золотой и бронзовой медалями с дипломами. Вальцовая плющилка зерна была представлена на Ш Московском международном салоне инноваций и инвестиций в 2003 году, где была награждена серебряной медалью с дипломом.

Защищаемые положения:

- модель функционирования комбикормового агрегата;

- физико-механические свойства компонентов комбикорма;

- технологические расчеты для настройки агрегата на приготовление комбикорма заданного рецепта;

- теоретическое обоснование, совмещения рабочих процессов устройств, входящих в конструкцию комбикормового агрегата;

- результаты экспериментальных исследований параметров и режимов работы

устройств агрегата в лабораторных и производственных условиях.

Публикации. По основным положениям диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе два патента на изобретение и полезную модель РФ и одно свидетельство на полезную модель РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из реферата, введения, пяти разделов, выводов, списка использованной литературы, включающего 106 наименований, приложений. Работа изложена на 192 страницах машинописного текста, из которых основной текст содержит 147 страниц, включающий 51 рисунок и 3 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы и ее народнохозяйственное значение. Приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе «Анализ способов и средств приготовления комбикормов, цель работы и задачи исследования» приведена эффективность скармливания комбикормов сельскохозяйственным животным. На основании анализа литературных источников дан краткий обзор существующих технологий и агрегатов для приготовления комбикормов. Проведен анализ выполненных научных исследований процессов, применяемых при приготовлении комбикормов. Наиболее значимым являются научные разработки П.А. Афанасьева, А.Р. Демидова, А.И. Завражнова, П.А. Козьмина, Я.Н. Куприцы, C.B. Мельникова, В.Ф. Некрашевича, АЛ. Соколова и целого ряда других авторов.

На основании анализа научных работ этих авторов установлено, что наиболее перспективным направлением следует считать приготовление комбикормов из плющеного зерна.

Исходя го изложенного была сформулирована цель диссертационной работы и поставлены следующие задачи:

- изучить физико-механические свойства исходного сырья для получения комбикормов;

- разработать технологию и конструктивно-технологическую схему агрегата, позволяющего осуществлять дозирование компонентов, их плющение с последующим смешиванием;

- теоретически обосновать совмещение процессов приготовления комбикорма устройствами, входящими в агрегат;

- определить экспериментально параметры и режимы работы устройств, входящих в агрегат для приготовления комбикорма, в лабораторных и производственных условиях;

- оценить экономическую эффективность использования предлагаемого агрегата.

Во втором разделе «Физико-механические свойства компонентов комбикормов» изложена программа и методика исследований, приведены методы определения влажности и объёмной массы компонентов комбикормов, приведены так же методики определения коэффициента трения компонентов по стали, определения текучести компонентов, угла естественного откоса, угла захвата, усилия разрушения компонентов. Дано описание используемых для проведения исследований приборов. При обработке результатов опытов использовались методы математической статистики.

В результате проведенных исследований были найдены значения объёмной массы, коэффициента трения по стали, коэффициент текучести, угол естественного откоса, угол захвата и усилие разрушения компонентов в зависимости от их влажности. Так же определялось усилие разрушения в зависимости от угла заострения разрушающего клина, которым воздействовали на зерно.

Исследованиями установлено, что увеличение влажности с 10% до 18% приводит:

а) к уменьшению объёмной массы зерна пшеницы с 790 до 749,6, зерна ячменя - с 705 до 693,4, зерна овса - с 510 до 497 кг/м3;

б) коэффициент трения зерна по стали увеличивается для пшеницы, ячменя и овса соответственно с 0,41 до 0,5; с 0,4 до 0,45; с 0,43 до 0,49;

в) коэффициент текучести увеличивается соответственно для пшеницы, ячменя и овса с 7,4 до 9,6; с 8,6 до 9,7; с 15,7 до 16,3;

г) угол естественного откоса зерна возрастает у пшеницы, ячменя и овса соответственно с 24,5 до 29,7; с 25,9 до 29; и с 24 до 29 градусов;

д)угол захвата возрастает у пшеницы с 23,2 до 24,5, у ячменя - с 22,1 до 24, и у овса - с 20,6 до 23,1 градусов.

е) усилие разрушения зерна между параллельными плоскостями у пшеницы снижается с 113,6 до 74, у ячменя - с 226 до 135, а у овса - с 102 до 65,1 Н, а при влажности 14% усилие разрушения у пшеницы составляет 90,1, у ячменя-171 , иу овса- 81,4 Н.

В третьем разделе «Теоретическое обоснование рабочего процесса комбикормового агрегата» дано описание конструктивно-технологической схемы агрегата для приготовления комбикорма из плющенного зерна, приведено теоретическое исследование его рабочего процесса, в результате которого получены аналитические зависимости для расчета основных конструктивных и технологических параметров агрегата.

Конструктивно-технологическая схема агрегата для приготовления комбикорма из плющеного зерна изображена на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема технологического процесса комбикормового агрегата.

Комбикормовый агрегат состоит из приёмного бункера 2 с решёткой 13 для отделения посторонних примесей и заслонкой 3 для регулирования подачи материала, расположенных внутри него продольных подвижных перегородок 4, которые установлены на осях 5 с наружной резьбой и зафиксированы гайками 6.Под бункером размешается пара вальцов 1, вращающихся на встречу друг другу в подшипниках 9, каждый из которых получает привод от отдельного электродвигателя через клиноремённую передачу. Причём подшипники одного из них установлены в эксцентриковых стаканах 14, что позволяет регулировать зазор между вальцами. Выгрузной шнек-смеситель 7, установленный под вальцами, представляет собой последовательно располагающиеся на одном валу винтовой конвейер 10 и лопастной смеситель 11. Он получает привод от электродвигателя через ведомый шкив одного из вальцов посредством клиноремённой передачи. Шнек-смеситель вращается в подшипниках 12 в корпусе 8 с выгрузным окном. Агрегат включает устройства для пуска и контроля за загрузкой электродвигателей.

Для нормального функционирования агрегата, необходима правильная установка перегородок внутри бункера для соблюдения соотношения компонентов в комбикорме согласно рецепта. Данные перегородки образуют секции, количество которых должно выбираться в зависимости от количества компонентов смеси.

Работает агрегат следующим образом. Перед началом работы обеспечивают требуемое количество секций внутри бункера посредством добавления или удаления перегородок и закрывают заслонку. Затем в соответствующие секции бункера через решётку, на которой остаются крупные примеси, засыпаются компоненты смеси. Если приготовляемый комбикорм необходимо обогатить, то в одну из секций можно засыпать премикс. После

этого в работу запускают электродвигатели и открывают заслонку. Компоненты поступают из бункера в зазор между вальцами, где происходит их плющение. Затем обработанные компоненты поступают в шнек-смеситель, где они перемешиваются и поступают на выгрузку. Более тонкая или грубая обработка компонентов достигается изменением зазора между вальцами за счёт вращения эксцентриковых стаканов, в которых установлен один из вальцов.

Параметрическая модель комбикормового агрегата представлена на рисунке 2. Входными параметрами компонентов поступающих в бункер, п-ое количество которых соответствует рецепту комбикорма, являются влажность WI,W2, Wn и физико-механические свойства сгьОг, «V В бункере эти параметры не меняются и компоненты из него с этими же параметрами поступают в вальцовый узел. В вальцовом узле вследствие плющения изменяются параметры физико-механических свойств компонентов, и он принимает значения а'ьст2, -.., о„, а параметр влажности для каждого компонента остаётся прежним. С этими параметрами компоненты поступают в выгрузной шнек-смеситель. В нём компоненты перемешиваются, и на выходе из агрегата получается смесь, имеющая коэффициент вариации ус, с параметрами влажности Wcм и физико-механических свойств стсм.

Рисунок 2. Параметрическая модель комбикормового агрегата.

На выходные показатели работы агрегата влияют конструктивно-технологические и настроечные параметры: а - ширина выпускной щели бункера-дозатора; А - зазор между вальцами; Пщс - частота вращения шнека-смесителя; ал - угол поворота лопаток смесителя.

Как видно из конструктивно-технологической схемы комбикормовый агрегат - это сочетание нескольких самостоятельных узлов, которые могут работать независимо друг от друга, а при их объединении представляют поточную технологическую линию. Условие непрерывной работы комбикормового агрегата запишется в виде

Рб<<3»<С>шс (1)

где С>б _ производительность бункера-дозатора, кг/ч; С)в - производительность вальцового узла, кг/ч; ()шс - производительность выгрузного шнека-смесителя, кг/ч.

Так как бункер-дозатор состоит из нескольких секций, то его общая производительность <26 (кг/ч) определяется по формуле

дб^.+Ог+.-.+О,^, (2)

где (ЗьСЬ,...,<3„ - производительность отдельной секции, кг/ч.

Производительность каждой секции (кг/ч) можно определить по формуле

(¿ = £¡3^9 3600, (3)

где £, - длина щели истечения материала отдельной секции, м;

а - ширина щели истечения материала (одинаковая для всех секций), м; у, - объемная масса материала, находящегося в секции, кг/м3;

- скорость истечения материала из щели секции, м/с; Ф - коэффициент заполнения.

Как отмечалось выше, с целью получения комбикорма заданного рецепта перегородки в бункере-дозаторе необходимо установить с определённым интервалом с той целью, чтобы в общей массе смеси тот или иной компонент имел определённую массовую долю. Расстояние между перегородками определяется из выражения

е,=Ь<гк8, (4)

где Ьб - общая длина щели истечения бункера, м;

к - доля компонента в смеси;

8 - коэффициент, учитывающий отношение объёмной массы компонента к объемной массе смеси.

Тогда можно записать выражение общей производительности бункера-дозатора (Зв (кг/ч)

(2б = Ьб а V Тем <Р 3600, (5)

где Уо, - объемная масса смеси, кг/м3.

Так как бункер-дозатор расположен непосредственно над вальцовым узлом, то секции бункера-дозатора условно разбивают вальцовый узел на участки, идентичные по величине данным секциям и тогда производительность вальцового узла (?„ (кг/ч) можно определить в виде

<5,=0.1+0*2+.• -+0 ел = ВЗвЬ (6)

где <Зв!,С>в2,-• .,0», - производительность ¡-го участка, кг/ч.

Производительность каждого отдельного участка определяется по формуле О. = 3600 А С,,^у.* (7)

где Д - зазор между вальцами, м;

£„ - длина участка вальцов, м;

у3 - скорость материала в зоне плющения, м/с;

•у, - объемная масса материала на данном участке, кг/м3;

Ф - коэффициент заполнения.

Отсюда по аналогии с бункером-дозатором можно записать общую производительность вальцового узла

0„= 3600 Д Ь у3 Гсм <р, (8)

где Ь - общая длина вальцов, равная сумме длин секций бункера, м.

Учитывая, что длина щели истечения в бункере Ьв и длина вальцов Ь одинакова и принимая во внимание условие (1) можно записать

Ьбауус„<р 3600 = 3600 А Ь у3 <р.

После преобразований получим минимальную частоту вращения вальцов, которая будет обеспечивать выполнение условия (1)

тсЛЯ

где Я - радиус вальцов, м.

Так как выгрузной шнек-смеситель состоит из двух составных частей: шнека и лопастного смесителя, то для его нормального функционирования должно выполняться следующее условие

0ш<<3с, (Ю)

где (2ш - производительность шнековой части, кг/ч; Ос - производительность смесительной части, кг/ч. Производительность шнековой части (Зш (кг/ч) определяется по формуле

р.^яф-а^плл, (П)

где - наружный диаметр витков шнека, м; <1 - диаметр вала, м; Бщ - шаг витков шнека, м; пш - частота вращения шнека, об/мин; у,ш - объемная масса смеси плющеного материала, кг/м3; <рш - коэффициент заполнения.

Производительность смесительной части 0С (кг/ч) определяется по формуле

дс=15я02с8сПсГго1фс, (12)

где Эс - наружный диаметр лопастей смесителя, м; - шаг витков смесителя, м;

п™=240—, . (13)

пс - частота вращения смесителя, об/мин;

<рс - коэффициент заполнения.

В связи с тем, что производительность лопастного смесителя одинакового диаметра со шнеком обычно меньше производительности данного шнека, то необходимо соблюдать условие

Тогда, принимая во внимание условие (1), можно записать следующее равенство по отношению к вальцовому узлу и смесительной части

3600 А Ь у3 Усм ср =15яО&псушч>..

Из данного выражения можно получить минимальную частоту вращения шнека-смесителя птш (об/мин) которая будет необходима, для того чтобы его производительность была равной производительности вальцового узла

АЬУзГ^Ф

Мощность Ып (кВт) для привода агрегата будет складываться из

ЫП=ЫХХ+Ы„+ЫШ+ЫС; (14)

где - мощность затрачиваемая на холостой ход агрегата, кВт;

Ыв - мощность на привод вальцового узла, кВт;

Ищ - мощность на привод шнека, кВт;

Ыс - мощность на привод смесителя, кВт.

Так как в вальцовый узел поступает параллельно несколько компонентов то, мощность на его привод будет складываться из мощностей на плющение каждого из них

^ = (15)

где N1, N2,.. ..Н, - мощность, затрачиваемая на плющение 1-го компонента, кВт.

Мощность, необходимую для плющения каждого компонента можно определить из выражения (здесь и далее формулы для расчёта мощности представлены без учета КПД привода)

Ор.ЕиОяи, Уок ^ тр . + 3/8 (Хюх,), (16)

где ор1 - разрушающее напряжение ¡-го компонента, кН/м ;

о*,*, - угол захвата вальцами ¡-го компонента, град;

у0Г( - окружная скорость вращения вальцов, м/с;

£тр,- коэффициент трения ¡-го компонента о поверхность вальцов (сталь).

Из выражения (16) можно отметить следующее. Угол захвата для всех компонентов будет одинаков, так как он определяется радиусом вальцов, но его максимальная величина должна быть меньше коэффициента трения

компонента, обладающего минимальным данным показателем. Коэффициент трения же, как показали исследования во втором разделе, приблизительно одинаков для различных компонентов. Тогда, исходя из этого можно, записать выражение для определения мощности для привода вальцов

N, = ZopiLamv0|[(fIp + 3/8aM01), (17)

где 1Ср, - суммарное разрушающее усилие всех обрабатываемых компонентов, кН/м2.

Мощность на привод шнека можно определить из выражения

N,u = 0,01 Qm (18)

где Ьш - длина шнековой части, м.

Мощность для привода смесительной части определяется по выражению

На, = Z„ (PpVp + P0v0), (19)

где z„ - число лопастей, одновременно погруженных в материал, шт;

Рр, Р0 - соответственно радиальная и осевая составляющие силы сопротивления продукта, действующая на лопасть, Н;

vp> v„ - соответственно окружная и осевая скорости точки приложения равнодействующей сил сопротивления корма, действующих на лопасть, м/с.

Тогда подставляя все выше полученные значения мощностей в выражение (14) получим выражение для определения мощности для привода агрегата

N. = N„ + Iopi Lo^v^ (fTp + 3/8 Оих) + 0,01 Q«, L. + za (Ppvp - P0v0). (20)

Скорости vp и v0 (м/с) в выражении (20) можно определить по следующим формулам

Vp = (2tj,cos0 + Ьл) сол;

v0 = vp cosctji sino,,, (21)

где t„ - длина лопасти, м;

© - угол поворота лопасти в плоскости вращения, град;

Ь„ - ширина лопасти, м;

шл - угловая скорость лопасти, рад/с;

а„ - угол поворота лопасти относительно оси вала смесителя, град. Усилия Рр и Р0 (Н) определяем по формулам

Рр = 9,81 улм ^ F„ tg2 (45°V ^Xcos a„ + fTPsin ал); Po = 9,81 у ¡в, ^ F„ tg2 (45°+фм Tp/2Xsin a.^ + f^ eos ая), (22)

где hg - средняя глубина погружения данной лопасти, м; Fj, - площадь лопасти, м2; <рм тр - угол трения продукта по лопасти, град;

Гтр - коэффициент трения продукта по лопасти.

На рисунке 3 представлена схема лопасти смесителя с расположенной на ней частицей М. На схеме так же показаны усилия, скорости и ускорения которые воспринимает точка М. Система координат Ох^^ неподвижна, а

Рисунок 3. Расположение лопасти в подвижной и неподвижной системах координат с приложением сил к частице М.

Уравнение движения частицы массой шм относительно подвижной системы координат в векторной форме имеет вид

_ _ mMar = F-mMac-mMac, (23)

где F = N + f^N + G - внешняя активная сила, Н;

N - сила нормального давления частицы на лопасть, Н; f^N - сила трения частицы о лопасть, Н;

G - сила тяжести частицы, Н;

а, - ускорение переносного движения, м/с2;

а« - кориолисово ускорение, м/с2.

Выражение (23) в координатной форме на подвижную систему

шх = 0;

m у = —f^JN , + G sin ал sin 0 + meo2 sin2 ал у + 2m<¡o sin а, z; (24) Vy2+z2

" z "i

mz = -í^N , +Gcose-2m(osina,y+morz,

Vy4z'2

где m - масса частицы, кг,

со - угловая скорость вращения вала смесителя, рад/с;

© - угол поворота лопасти в плоскости вращения, град;

а,, - угол поворота лопасти относительно оси вала смесителя, град.

Решение уравнений было получено в комплексе Mathcad 2001 методом Рунге-Кутга (численным методом), закрепленным в данной программе.

Следует отметить, что решения, полученные численными методами, нуждаются в проверке хотя бы на частных случаях, решение которых может быть получено аналитически.

Система уравнений (24) может быть решена точно, если положить коэффициент трения f"^ = 0. В этом случае система уравнений (24) примет вид

м •

у = gsina,, sin cot + ш2 sin2 аяу + 2со sin ал г;

г = §соз(о1-2шзталу+ю22. (25)

После решения системы уравнений (25) полученные результаты сравнили с результатами решения уравнений (24). В результате сравнения оказалось, что решения данных двух систем практически не отличаются друг от друга. Отсюда можно сделать вывод, что коэффициент трения частицы по лопасти не оказывает сильного влияния на процесс смешивания и при расчетах можно использовать систему уравнений (25).

Так как в бункере-дозаторе секции расположены последовательно, то можно предположить, что компоненты в шнеке-смесителе в начальный момент перед смешиванием расположены, как представлено на рисунке 4.

Пусть имеем объём Ai частиц первого вида (тёмные) и объём А2 частиц второго типа (светлые). Если следить в процессе перемешивания за изменением количества частиц первого вида в объёме Ai, то будет очевидным, что в процессе перемешивания среднее количество частиц Пн в этом объёме будет изменяться от начального значения ш", до конечного ш".

Рисунок 4. Начальное расположение частиц перед смешиванием.

Можно предположить, что скорость изменения частиц первого вида в объёме А1 будет пропорциональна разности текущего количества частиц тп и среднего их количества в общем объёме. Но так как достигнутое значение при дальнейшем перемешивании не меняется, то имеем

^-к.Ц.-тГ), (26)

где к) - коэффициент пропорциональности, зависящий от конструкции смешивающего устройства и кинематических величин, например, угловой скорости рабочего органа.

После интегрирования выражения (26) и соответствующих преобразований получим закон изменения частиц первого вида в объёме А)

ш„ = ш°(1 - е"к|')+ ш", е"'1. Количество частиц второго вида в объёме А1 меняется от нуля до значения . Закон изменения этих частиц в объёме А] может быть записан как

^2. = к2(т;-тя), (27)

ш

то есть скорость увеличения количества частиц второго вида в объёме А| пропорциональна разности между средним значением и текущим ш21. Когда тстанет равной т21 скорость (1т21/& = 0. Проинтегрируем (27) получим

т^т^-е-1"1). (28)

Аналогично можно рассчитать изменение частиц первого и второго видов в объёме А2. Тогда получим

т22 =т°0-е к'') + п1ие' (29)

т,2=т;(1-е-к"). (30)

Теоретически процесс смешивания длится неограниченно долго. Практически процесс перемешивания можно считать завершившимся, если разница между текущим значением количества частиц и их средним значением равна 5 процентов, то есть т„ - т^ = 0,05т,,. Найдём время перемешивания из

уравнения

тч> = ти(1-е )•

Отсюда имеем

1 -г

=о,05=>е1'- = 20=>1йп =1п20=Мп = --1л20» —.

т„ к к

Представленные теоретические зависимости были использованы при обосновании конструктивно-технологических параметров агрегата для приготовления комбикорма из плющеного зерна.

В четвертом разделе «Исследование процесса приготовления комбикорма в лабораторных условиях» изложена программа и методика исследований, приведено описание лабораторной установки, оборудования и приборов, представлены результаты экспериментов. Статистическая обработка полученных экспериментальных данных производилась с применением программы «МаЛешайка 4.2».

Для проведения исследования согласно технологической схемы, представленной на рисунке 1, и полученным теоретическим результатам была изготовлена лабораторная установка, укомплектованная приборами контроля и измерения рабочего процесса приготовления комбикорма.

Проведённые исследования по производительности бункера-дозатора, в зависимости от ширины щели истечения, и вальцового узла, в зависимости от зазора между вальцами, показали, что производительность данных узлов

агрегата изменяется по линейному закону (рис. 5 и 6). Производилось так же исследование влияния зазора между вальцами на энергоемкость процесса плющения, которое показало, что с увеличением зазора энергозатраты снижаются.

Об, т/ч

• Пшеница • Пшеница-ячмень * Ячмень * Овес

Рисунок 5. Графическая зависимость производительности бункера-дозатора от величины открытия дозирующей заслонки а.

<2„т/ч

0,1 0,4 0,7 1 1,3

* Пшеница ■ Ячмень * Овес

Рисунок 6. Графическая зависимость производительности вальцового узла (2, от зазора между вальцами А.

На основе анализа конструкции шнека-смесителя, а так же принимая во внимание работы, выполненные по изучению процесса смешивания в шнековых и лопастных смесителях, определили три параметра, оказывающих влияние на протекание процесса смешивания. К ним относятся частота вращения шнека-смесителя п, длина его смесительной части Ьс и угол поворота лопастей ал смесительной части относительно вала.

Однофакторными экспериментами установлено (рис.7-9), длина смесительной части Ц., угол поворота лопастей относительно вала смесителя ал и частота вращения смесителя п значительно влияют на коэффициент вариации V, который бал выбран в качестве критерия оценки качества приготовляемого комбикорма (смеси).

V, %

♦ Угол 15 град ■ Угол 25 град * Угол 35 град Угол 45 град * Угол 55 град Рисунок 7. Графическая зависимость коэффициента вариации V от длины смесителя Ьс для различных углов поворота лопастей ал.

Рисунок 8. Графическая зависимость коэффициента вариации V от угла поворота лопастей ал (длина смесительной части 460мм).

300

3( = -0,0001х2 + <(,0971х - 14,282 -г

380

л П, об/мин

540

* Угол 35 град

620

460

♦ Угол 15 град ■ Угол 25 град Угол 45 град х Угол 55 град

Рисунок 9. Графическая зависимость коэффициента вариации V от частоты вращения п шнека-смесителя для различных углов поворота лопастей ал.

Для определения совместного влияния всех трёх выше указанных факторов на коэффициент вариации была произведена серия многофакторных экспериментов. Исследования проводились с использованием методов планирования эксперимента.

Диапазоны варьирования факторов были выявлены из априорной информации и в ходе поисковых однофакторных экспериментов. Длина смесительной части изменялась от 400мм до 520мм шагом 60мм. Нижний уровень угла поворота лопастей равнялся 35 градусам, а верхний уровень составлял 55 градусов с интервалом варьирования 10 градусов. Частота вращения шнека-смесителя изменялась с 220 до 380 об/мин, с шагом 80 об/мин.

■

п, об/мин

11,5-12,1% 10.0-11,5% 8,9-10,0% 7,8-8,9%

7.3-7,8%

6.8-7,3%

6.4-6,8% 6,1-6,4%

5.9-6,1%

град

Рисунок 10. Графическая зависимость коэффициента вариации V от угла поворота лопастей ал и частоты вращения шнека-смесителя п (частное сечение при фиксированной длине смесительной части Ьс 460 мм).

После проведения многофакторных экспериментов в соответствии с трехуровневым планом Бокса-Бенкина второго порядка и статистической обработки опытных данных получены математические модели, описывающие совместное влияние выше указанных факторов на коэффициент вариации

у = 109,108-1,33055ал+0,0179815а2л-0,124821-0,00109414а„Ьс+0,000138374ЬС2-

-0,2771п-и),000835648алп+0,000139275ь<;п-ю,000269242п2.

« После подстановки в уравнение регрессии значений факторов в пределах

исследуемого факторного пространства при любом сочетании их значений можно определить коэффициент вариации.

Графическое изображение полученных моделей показано на рисунке 10.

Анализ установленных зависимостей показывает, что с увеличением частоты вращения смесителя и одновременным увеличением угла поворота лопасти приводит к снижению значения коэффициента вариации, что свидетельствует об улучшении качества смеси.

Проведённые исследования по оптимизации режимов работы комбикормового агрегата показали, что комбикорм следует производить при длине смесительной части 450-460мм, частоте вращения смесителя 330-340 об/мин и угле поворота лопастей 45 градусов.

Выход за границы оптимальных значений приведет к ухудшению качества смеси.

В пятом разделе «Исследование процесса приготовления комбикорма в производственных условиях, результаты внедрения и экономическая эффективность» дано описание производственного агрегата, изложены программа, методика и результаты исследований, приведены результаты зоотехнических исследований по скармливанию комбикорма, приготовленного на агрегате дойным коровам в условиях учхоза «Стеныгано» и результаты по скармливанию плющеного зерна, приготовленного на плющилках, бычкам на откорме на Старожиловском конезаводе и СПК «им.Алексашина» Рязанской области, определена экономическая эффективность применения предложенной технологии приготовления плющеного корма.

ч Производственными исследованиями установлено, что

производительность агрегата с зазором между вальцами 0,2 мм, их диаметром 100мм и частотой вращения 760 об/мин, частотой вращения шнека-смесителя 330 об/мин и длиной смесительной части 450 мм при угле поворота лопастей 45°, составляла на пшенице 1,1, на ячмене - 1,0, а на овсе - 0,85 т/ч. На смеси ячменя, пшеницы и овса в пропорции 0,6:0,2:0,2 производительность агрегата составила 1,05 т/ч. При этом удельные энергозатраты на процесс приготовления комбикорма составляли 4,4 кВт-ч/т при степени однородности смеси 94,8%.

Комбикорм, приготовляемый на агрегате, скармливался двум опытным группам дойных коров, а контрольной группе коров скармливался комбикорм, приготовленный на молотковой дробилке. Отличие в опытных группах

заключалось в том, что одной из них плющеный комбикорм скармливался после влаготепловой обработки (осолаживания). Как показали результаты исследований в опытной группе, которой скармливали комбикорм без осолаживания, надои увеличились на 2,4% по сравнению с контрольной, а в группе, получавшей плющеный комбикорм после осолаживания надои увеличились на 9,03%. Результаты по скармливанию бычкам плющеного зерна в С ПК «Алексашино» показали, что их прирост массы увеличился на 7-9%.

Таким образом, исследования показали, что предлагаемый агрегат работоспособен, а экономическая эффективность от его использования при годовом производстве 2080 т в год по сравнению с существующим комбикормовым агрегатом «ПРСЖ-500М» составит около 40500 руб за счет снижения затрат на его эксплуатацию.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ.

1. Технология приготовления комбикорма должна включать накопление и дозирование компонентов, их плющение с последующим смешиванием. Конструктивно-технологическая схема комбикормового агрегата должна содержать бункер-дозатор с перегородками, образующими секции, количество которых должно соответствовать количеству компонентов в комбикорме. Под бункером-дозатором должен располагаться вальцовый узел, обеспечивающий голошение отдозированных компонентов, а под ним - выгрузной шнек-смеситель, осуществляющий их вывод из-под вальцового узла и перемешивание.

2. Установлено, что числовые значения показателей физико-механических свойств компонентов комбикормов зависят от их влажности. При увеличении влажности с 10 до 18% объёмная масса снижается у зерна пшеницы с 790 до 749,6, зерна ячменя - с 705 до 693,4, зерна овса - с 510 до 497 кг/м3; коэффициент трения зерна различных культур увеличился соответственно для пшеницы, ячменя и овса с 0,41 до 0,5; с 0,4 до 0,45 и с 0,43 до 0,49; угол естественного откоса у пшеницы возрастает с 24,5 до 29,7, у ячменя - с 25,9 до 29, у овса - с 24 до 29 градусов; угол захвата зерна увеличивается у пшеницы с 23,2 до 24,5, у ячменя - с 22,1 до 24, у овса - с 20,6 до 23,1 градусов; коэффициент текучести увеличивается у овса с 15,7 до 16,3, у ячменя - с 8,6 до 9,7, у пшеницы ~ с 7,4 до 9,6, что говорит об ухудшении процесса истечения материала с увеличением влажности.

Усилие разрушения зерна для различных углов заострения внедряемого клина уменьшается. Так при угле 180°, то есть при угле, близком к соприкасающимся рабочим поверхностям вальцов, усилие разрушения при увеличении влажности зерна с 10 до 18 % у ячменя снижается с 226 до 135, у пшеницы - с 113,6 до 74, у овса - с 102 до 65,1 Н. Усилие разрушения при том же угле и стандартной влажности 14% составляет для пшеницы 90,1, для ячменя-171, для овса- 81,4 Н.

3. Технологически необходимо, чтобы рабочий процесс комбикормового агрегата происходил по принципу поточной технологической линии, то есть производительность последующего узла, входящего в состав агрегата, должна быть больше или равна производительности предыдущего. Так производительность вальцового узла должна быть больше производительности бункера-дозатора, а производительность выгрузного шнека-смесителя больше производительности вальцового узла.

4. Теоретически установлено, что длина вальца для одновременного плющения каждого компонента зависит от его доли в смеси и коэффициента, учитывающего отношение объёмных масс отдельных компонентов и объёмной массы смеси. Для того, чтобы частицы компонентов комбикорма поступили на переработку в вальцовый узел, необходимо соблюсти условие - угол трения частиц каждого компонента по вальцам должен быть больше угла захвата вальцов.

5. Лабораторными исследованиями установлено, что производительность вальцового узла с увеличением зазора между вальцами возрастает для всех видов зерновых культур с одновременным снижением удельных энергозатрат на процесс их плющения. Увеличение зазора между вальцами диаметром 100мм и частотой их вращения 760 об/мин с 0,1 до 1,3мм приводит к росту производительности вальцового узла на пшенице с 4,71 до 6,2, на ячмене - с 3,22 до 4,19, овсе - с 2,02 до 3,28 т/ч. Удельные энергозатраты на процесс плющения пшеницы снижаются с 2,12 до 0,69, ячменя - с 2,5 до 1,04, овса - с 0,79 до ОД кВт-ч/т.

6. Экспериментами установлено, что рациональными конструктивно-технологическими и режимными параметрами шнека-смесителя следует считать: угол поворота лопастей 45 градусов, длина смесительной части 450-460мм, частота вращения 330-340 об/мин при общем диаметре шнека и смесителя 90мм. При этом коэффициент вариации в лабораторных условиях составлял 5,7%, что соответствует хорошему качеству смешивания.

7. Производственными исследованиями установлено, что при заданной производительности комбикормового агрегата на смеси пшеницы, ячменя и овса в пропорции 0,6:0,2:0,2 около одной тонны в час, энергоёмкость процесса приготовления комбикорма составила 4,4 кВт • ч/т; а коэффициент вариации приготовленной смеси - 5,2%.

8. Расчёт экономической эффективности показал, что при объёме производства комбикорма на разработанном агрегате 2080 т в год экономия составит, по сравнению с существующим комбикормовым агрегатам «ПРОК-500М» на основе молотковой дробилки, около 40500 рублей в год, а срок окупаемости коло полутора лет.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Некрашевич В.Ф., Слабиков А.Ф., Байдов A.B. Миникомбикормовый агрегат. // Материалы конференции, посвященной 50-летию Инженерного факультета ПГСХА. - Пенза, ПГСХА, 2002. - С. 258-261.

2. Некрашевич В.Ф., Слабиков А.Ф., Байдов A.B. Оборудование для приготовления комбикормов в малых предприятиях. // Современные перспективы разработки механизации животноводства и пчеловодства: Сб.науч. трудов. - Рязань, РГСХА, 2003. - С. 47-50.

3. Некрашевич В.Ф., Кочетков A.C., Байдов A.B., Воробьёва И.В. Эффективность скармливания фуражного зерна с различными физико-механическими свойствами животным и птице. / Современные перспективы разработки механизации животноводства и пчеловодства: Сб.науч. трудов. -Рязань, РГСХА, 2003. - С. 50-53.

4. Кочетков A.C., Слабиков А.Ф., Байдов A.B. Вальцовые установки для плющения зерна. / Энергосберегающие технологии использования и ремонта машино-трактороного парка: Сб. материалов научно-практической конференции, посвященной 50-летию кафедр «ЭМТП» и «Технология металлов и ремонт машин». - Рязань, РГСХА, 2004. - с. 150-151

5. Кочетков A.C., Байдов A.B. Текучесть зерна различных культур. / Энергосберегающие технологии использования и ремонта машино-трактороного парка: Сб. материалов научно-практической конференции, посвящённой 50-летию кафедр «ЭМТП» и «Технология металлов и ремонт машин». - Рязань, РГСХА, 2004. - с. 151-153.

6. Патент на изобретение РФ № 2215580, 7 В 02 С 4/06 Вальцовый станок / Некрашевич В.Ф., Челышев C.B., Капитонов Е.А., Слабиков А.Ф., Кипарисов Н.Г., Кочетков A.C., Байдов A.B.

7. Патент на полезную модель РФ №38120, 7 В 02 С 4/06 Комбикормовый агрегат / Некрашевич В.Ф., Челышев C.B., Слабиков А.Ф., Байдов A.B.

8. Свидетельство на полезную модель РФ № 31517, 7 В 02 С 4/06 Вальцовая плющилка зерна / Некрашевич В.Ф., Слабиков А.Ф., Байдов A.B.

Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук

Баядов Антон Владимирович

Технология и агрегат для приготовления комбикорма нз плющеного фуражного зерна.

■ 05.20.01 - Технология и средства механизации сельского хозяйства

Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печать ризографическая. Усл. печ.л. 1. Тираж 100 экз. заказ №15.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рязанская государственная сельскохозяйственная академия им. проф. П.А. Костычева» 390044 г. Рязань, ул. Костычсва, 1

I

Отпечатано в информационном редакционно-издательском центре ГОУ ВПО РГСХА 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1

г

№15838

РНБ Русский фонд

2006-4 14332

Реферат.

Введение.

1. Состояние проблемы, цель работы и задачи исследования.

1.1 Эффективность скармливания зерна в составе комбикорма.

1.2 Анализ существующих способов приготовления комбикормов.

1.3 Анализ агрегатов для приготовления комбикормов.

1.4 Анализ выполненных научных исследований по обоснованию способов и средств механизации приготовления комбикормов.

1.5 Постановка проблемы и задачи исследования.

2. Физико-механические свойства компонентов комбикормов.

2.1. Программа и методика исследования.

2,1.1. Программа исследований.

2.1.2. Методика определения влажности и объёмной массы зерна.

2.1.3. Методика определения коэффициента трения зерна по стали.

2.1.4. Методика определения текучести зерна.

2.1.5. Методика определения угла естественного откоса.

2.1.6. Методика определения угла захвата зерна.

2.1.7. Методика определения усилия разрушения зерна.

2.2 Результаты исследований.

2.2.1 Результаты исследований объёмной массы зерна.

2.2.2 Результаты исследований коэффициента трения по стали.

2.2.3 Результаты исследования текучести.

2.2.4 Результаты исследования угла естественного откоса.

2.2.5 Результаты исследования угла захвата зерна.

2.2.6 Результаты исследований усилия разрушения зерна.

Выводы.

3. Теоретические предпосылки к обоснованию комбикормового агрегата.

3.1 Конструктивно - технологическая схема агрегата для приготовления комбикормов из плющеного зерна.

3.2 Технологический расчет комбикормового агрегата.

3.2.1 Расчет бункера-дозатора.

3.2.2 Расчет вальцового узла.

3.2.3 Расчет шнека-смесителя.

3.3 Расчет мощности привода комбикормового агрегата.

3.4 Теоретическое исследование вальцового узла.

3.5 Теория движения частицы в смесителе.

3.6 Теория процесса смешивания.

Выводы.

4. Исследование процесса приготовления комбикорма в лабораторных условиях.

4.1 Программа исследований.

4.2 Описание лабораторно-производственной установки.

4.3 Методика определения производительности бункера в зависимости от открытия дозирующей заслонки.

4.4 Методика определения производительности вальцового узла и энергоёмкости процесса плющения.

4.5 Методика определения коэффициента вариации смеси.

4.6 Результаты исследования производительности бункера-дозатора в зависимости от открытия дозирующей заслонки.

4.7 Результаты исследований производительности вальцового узла и энергоёмкости процесса плющения.

4.8 Результаты исследований коэффициента вариации смеси.

4.9 Исследование совместного влияния параметров шнека-смесителя на процесс смешивания.

Выводы. ф* 5. Исследование процесса приготовления комбикорма в производственных условиях, результаты внедрения и экономическая эффективность.

5.1 Программа и методика производственных исследований.

5.2 Результаты исследования процесса приготовления комбикормов в производственных условиях.

5.3 Результаты внедрения.

5.4 Экономическая эффективность.

Выводы.

Комбикорм - один из важнейших и незаменимых видов корма в рационе животных. Он представляет собой однородную смесь различных кормов, составленную по определенному рецепту. Поэтому хорошо сбалансированный комбикорм обеспечивает организм животного всеми необходимыми питательными веществами и витаминами [88].

В настоящий момент на территории России в связи с изменением направления экономики сложилась такая ситуация, что произошел процесс разукрупнения больших животноводческих предприятий (колхозов, совхозов и т.д.) А на остатках этих предприятий возникли и начали развиваться различные небольшие хозяйства, имеющие акционерную или частную форму управления [31]. Однако с разрушением крупных хозяйств исчезла и налаженная система обеспечения их концентрированными комбикормами. И поэтому новые сельскохозяйственные образования встали перед проблемой обеспечения себя такими комбикормами. Решение этой проблемы возможно двумя путями. Первый путь - это закупка готового комбикорма на предприятиях по их приготовлению. Но это не всегда экономически выгодна для хозяйства, так как комбикорм остаётся довольно дорогим. Второй путь, более перспективный, заключается в приготовлении комбикормов в самих хозяйствах из собственного и частично приобретенного сырья [30].

Однако и здесь существует ряд проблем. Одна из них - недостаточный развитый сектор рынка по производству оборудования для малых хозяйств [68]. Существующее и выпускаемое на данный момент оборудование имеет высокую производительность и может быть использовано на крупных предприятиях. Таким образом, наличие такого оборудования в хозяйстве предполагает, что в нем численность стада должна быть соответствующая. Но существующие малые и частные животноводческие хозяйства в основном имеют небольшое поголовье животных. Поэтому применение оборудования с большой производительностью в малых хозяйствах опять таки экономически не выгодно. Это выражается в следующем. Во-первых, под большое оборудование требуется строительство отдельного помещения, что ведет к дополнительным затратам. Во-вторых, энергопотребление такого оборудования будет высоким, а загруженность - неполной. Таким образом, хозяйства будут нести необоснованные затраты [30].

Поэтому ряд машиностроительных предприятий и фирм начали производство малогабаритного низкопроизводительного оборудования для производства комбикормов в условиях малого хозяйства [73,78]. Конструкция машин данного вида предполагает, что в качестве измельчающего аппарата применяется дробилка молоткового типа, обладающая высокой энергоемкостью. Международный и национальный опыт проведения исследований показал, что корм, приготовленный на дробилках данного типа, облает меньшей переваримостью питательных веществ ввиду содержания в нем большого количества пылевидных частиц. Наличие таких частиц в корме приводит к тому, что, например, попадая в желудочно-кишечный тракт ^ крупного рогатого скота, такой корм проходит не перевариваясь через рубец.

Зачастую наличие пылевидных частиц в корме может привести к заболеваниям желудка, например у свиней.

Вышеизложенные недостатки устраняются при скармливании животным комбикормов из плющенного фуражного зерна. Процесс плющения, по сравнению с дроблением, является менее энергоемким, а корм, приготовленный таким образом, содержит меньшее число пылевидных частиц, вследствие чего питательные вещества из него лучше усваиваются животными. Плющение зерна осуществляется на машинах вальцового типа (плющилках). В настоящее время такой комбикорм готовят по следующей технологической схеме: сначала компоненты комбикорма поочередно подвергают плющению в плющилке, а затем - в определённой пропорции смешивают в смесителе [93]. В результате для приготовления комбикорма требуется как минимум две машины. Что влечет дополнительные расходы.

Таким образом, существующие конструкции малогабаритных комбикормовых агрегатов либо несовершенны, либо их применение значительно увеличивает затраты на приготовление единицы продукции.

В связи с вышеизложенным целью настоящей диссертационной работы является повышение эффективности использования зерновых кормов в рационах кормления сельскохозяйственных животных и снижении затрат труда и энергии на приготовление комбикорма за счет совершенствования технологии и разработки агрегата, одновременно сочетающего в себе устройства для дозирования компонентов комбикорма, последующего их плющения и смешивания и оптимизация режимов его работы.

Народнохозяйственное значение работы заключается в том, что разработанный миникомбикормовый агрегат позволяет готовить концентрированные плющеные комбикорма высокого качества в условиях малых сельских хозяйств из культур, непосредственно выращиваемых в них с применением приобретаемых отдельно премиксов. При этом значительно снижаются затраты труда и средств как на само приготовление комбикорма, так и на транспортные расходы, связанные с поставкой сырья на комбикормоприготовительные предприятия и закупкой комбикорма. Основные полученные результаты:

- предложена конструктивно-технологическая схема агрегата для приготовления комбикормов, включающая бункер-дозатор, вальцовый узел и выгрузной шнек-смеситель;

- дано теоретическое обоснование совмещения процессов приготовления комбикорма устройствами, входящими в агрегат;

- представлены математические зависимости для расчета подачи компонентов в зависимости от рецепта и их объемной массы;

- определены экспериментально параметры и режимы процесса приготовления комбикорма в лабораторных и производственных условиях;

- получены результаты величин некоторых показателей физико-механических свойств основных компонентов комбикормов.

На защиту выносятся: модель функционирования комбикормового агрегата;

- технологические расчеты по настройке агрегата на приготовление комбикорма заданного рецепта;

- теоретическое обоснование совмещения рабочих процессов устройств, входящих в конструкцию комбикормового агрегата; результаты экспериментальных исследований параметров и режимов работы устройств агрегата в лабораторных и производственных условиях.

Автор выражает благодарность и глубокую признательность научному руководителю, заслуженному деятелю науки и техники Российской Федерации, доктору технических наук, профессору Некрашевичу В.Ф., а так же главному инженеру ООО «Грузтран» Слабикову А.Ф. и всем сотрудникам инженерного факультета Рязанской ГСХА за содействие в выполнении данной работы.

1. АНАЛИЗ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМБИКОРМОВ, ЦЕЛЬ РАБОТЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Общие выводы и предложения производству.

1. Технология приготовления комбикорма должна включать накопление и дозирование компонентов, их плющение с последующим смешиванием. Конструктивно-технологическая схема комбикормового агрегата должна содержать бункер-дозатор с перегородками, образующими секции, количество которых должно соответствовать количеству компонентов в комбикорме. Под бункером-дозатором должен располагаться вальцовый узел, обеспечивающий плющение отдозированных компонентов, а под ним — выгрузной шнек-смеситель, осуществляющий их вывод из-под вальцового узла и перемешивание.

2. Установлено, что числовые значения показателей физико-механических свойств компонентов комбикормов зависят от их влажности. При увеличении влажности с 10 до 18% объёмная масса снижается у зерна пшеницы с 790 до 749,6, зерна ячменя — с 705 до 693,4, зерна овса - с 510 до 497 кг/м3; коэффициент трения зерна различных культур увеличился соответственно для пшеницы, ячменя и овса с 0,41 до 0,5; с 0,4 до 0,45 и с 0,43 до 0,49; угол естественного откоса у пшеницы возрастает с 24,5 до 29,7, у ячменя — с 25,9 до 29, у овса — с 24 до 29 градусов; угол захвата зерна увеличивается у пшеницы с 23,2 до 24,5, у ячменя — с 22,1 до 24, у овса — с 20,6 до 23,1 градусов; коэффициент текучести увеличивается у овса с 15,7 до 16,3, у ячменя - с 8,6 до 9,7, у пшеницы — с 7,4 до 9,6, что говорит об ухудшении процесса истечения материала с увеличением влажности.

Усилие разрушения зерна для различных углов заострения внедряемого клина уменьшается. Так при угле 180°, то есть при угле, близком к соприкасающимся рабочим поверхностям вальцов, усилие разрушения при увеличении влажности зерна с10до18%у ячменя снижается с 226 до 135, у пшеницы — с 113,6 до 74, у овса - с 102 до 65,1 Н. Усилие разрушения при том же угле и стандартной влажности 14% составляет для пшеницы 90,1, для ячменя-171, для овса- 81,4 Н.

3. Технологически необходимо, чтобы рабочий процесс комбикормового агрегата происходил по принципу поточной технологической линии, то есть производительность последующего узла, входящего в состав агрегата, должна быть больше или равна производительности предыдущего. Так производительность вальцового узла должна быть больше производительности бункера-дозатора, а производительность выгрузного шнека-смесителя больше производительности вальцового узла.

4. Теоретически установлено, что длина вальца для одновременного плющения каждого компонента зависит от его доли в смеси и коэффициента, учитывающего отношение объёмных масс отдельных компонентов и объёмной массы смеси. Для того, чтобы частицы компонентов комбикорма поступили на переработку в вальцовый узел, необходимо соблюсти условие — угол трения частиц каждого компонента по вальцам должен быть больше угла захвата вальцов.

5. Лабораторными исследованиями установлено, что производительность вальцового узла с увеличением зазора между вальцами возрастает для всех видов зерновых культур с одновременным снижением удельных энергозатрат на процесс их плющения. Увеличение зазора между вальцами диаметром 100мм и частотой их вращения 760 об/мин с 0,1 до 1,3мм приводит к росту производительности вальцового узла на пшенице с 4,71 до 6,2, на ячмене — с 3,22 до 4,19, овсе - с 2,02 до 3,28 т/ч. Удельные энергозатраты на процесс плющения пшеницы снижаются с 2,12 до 0,69, ячменя - с 2,5 до 1,04, овса — с 0,79 до 0,2 кВт-ч/т.

6. Экспериментами установлено, что рациональными конструктивно-технологическими и режимными параметрами шнека-смесителя следует считать: угол поворота лопастей 45 градусов, длина смесительной части 450-460 мм, частота вращения 330-340 об/мин при общем диаметре шнека и смесителя 90 мм. При этом коэффициент вариации в лабораторных условиях составлял 5,7%, что соответствует хорошему качеству смешивания.

7. Производственными исследованиями установлено, что при заданной производительности комбикормового агрегата на смеси пшеницы, ячменя и овса в пропорции 0,6:0,2:0,2 около одной тонны в час, энергоёмкость процесса приготовления комбикорма составила 4,4 кВт • ч/т; а коэффициент вариации приготовленной смеси - 5,2%.

8. Расчёт экономической эффективности показал, что при объёме производства комбикорма на разработанном агрегате 2080 т в год экономия составит, по сравнению с существующим комбикормовым агрегатам «ПРОК-500М» на основе молотковой дробилки, около 40500 рублей в год, а срок окупаемость составляет около полутора лнт.

148

1. Адлер Ю.П., Макарова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1976. — 279 с.

2. Бакеева Е.П. Физиологические основы кормления свиней. — Киев, Госсельхозиздат, 1963.

3. Белявский Ю.И. Эффективность кормления коров полнорационными смесями. // Молочное и мясное скотоводство. 1972. - №3 - с 30-31.

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

5. Боярский Л.Г., Дзарданов В.Д. Производство и использование кормов в промышленном животноводстве. М.: Россельхозиздат, 1980. — 158 с.

6. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных, М.: Колос, 1973. - 200 с.

7. Герасимов С.Ю. Обогащение комбикормов витаминами, микроэлементами и антибиотиками. -М.: Заготиздат, 1961.

8. Герасимов СЛ., Пусеп Ф.А. Комбикорма заводского изготовления. — Заготиздат, 1956. 88 с.

9. Герасимов С.Я., Пусеп Ф.А. Комбинированные корма. М.: Хлебоиздат, 1959.-141 с.

10. Горя B.C. Алгоритм математической обработки результатов исследований. Кишинёв: Штиница, 1982. - 254 с.

11. Данилин A.C. Производство комбикормов за рубежом. М.: Колос, 1968. -336 с.

12. Девяткин А.И. Рациональное использование кормов. — М.: Росагропроиздат, 1990. — 254 с.

13. Девяткин А.И., Ткаченко Е.И. Рациональное использование кормов в промышленном животноводстве. М.: Россельхозиздат, 1981. - 224 с.

14. Демидов А.Р. Мельничные вальцовые станки. — М.: Государственное издательство технической и экономической литера-туры по вопросам заготовок, 1948.-240 с.

15. Демидов П.Г. Технология комбикормового производства. М.: Колос, 1968.-224 с.

16. Денисов Н.И., Таранов М.Т. Производство и использование комбикормов. -М.: Колос, 1970.-239 с.

17. Дмитроченко А.П., Пшеничный П.Д. Кормление сельскохозяйственных животных. — Л.: Колос, 1964. 648 с.

18. Дмитроченко А.П., Пшеничный П.Д. Кормление сельскохозяйственных животных. Л.: Колос, 1975. - 48 с.

19. Дубов Д.В. Влияние способов обработки зерновой части рациона на углеводный обмен, продуктивность и качество молочной продукции коров: Автореф. дис. канд. биолог, н., Рязань, 2003. — 21 с.

20. Егоров Г.А., Мельников Е.М., Максимчук Б.М. Технология муки, крупы и комбикормов. — М.: Колос, 1984. 376 с.

21. Журавский И.В. Кормление молодняка крупного рогатого скота полнорационными смесями. / Сб. трудов Кемеровской государственной сельскохозяйственной опытной станции. Кемерово, 1973. - вып. 6.

22. Завражнов А.И., Николаев Д.И. Механизация приготовления и хранения кормов. М.: ВО. Агропромиздат, 1990. - 336 с.

23. Зельнер В.Р., Коноплёв Е.Г. Приготовление и использование полнорационных кормов в промышленном животноводстве. — М.: Колос, 1972. -80 с.

24. Киреев В.К., Кажуков В.Н., Мигачёв H.A. Дипломное проектирование по механизации переработки продукции растениеводства. Рязань: ООО «НПЦ Информационные технологии», 2003.-200 с.

25. Клищенко Г.Т. Минеральное питание сельскохозяйственных животных. — Киев: Урожай, 1975. 182 с.

26. Клюйков В.Ф. Экономика производства свинины на промышленной основе. М.: Колос, 1975.

27. Коба В.Г., Брагинец Н.В., Мурусидзе Д.Н., Некрашевич В.Ф. Механизация и технология производства продукции животноводства. — М.: Колос, 1999. 526 с.

28. Комбикорма в животноводстве / Под редакцией профессора Н.И. Денисова, д.с.х.н. Ю.Н. Градусова. М.: Колос, 1973. - 390 с.

29. Кормановский J1., Пахомов В. Создание внутри хозяйственных комплексов и опыт их применения // Комбикормовая промышленность. — 1999. №4. - с. 15-16

30. Коротчиков П. Приготовление комбикорма в небольшом хозяйстве. // Комбикормовая промышленность. — 1998. №1. — с. 24-25

31. Кошелев А.Н., Глебов JI.A. Производство комбикормов и кормовых смесей. М.: Агропромиздат, 1986. - 255 с.

32. Кропп Л.И., Евсеев А.И., Генкин Г.С., Фирюлин Н.С. Производство комбикормов и кормовых смесей в хозяйствах. М.: Колос, 1977. — 215 с.

33. Кукта Г.М. Машины и оборудование для приготовления кормов. М.: ВО Агропромиздат, 1987. — 304 с.

34. Кукта Г.М. Технология переработки и приготовления кормов. — М.: Колос, 1978.-240 с.

35. Кукта Г.М., Голосов А.И., Финкельштейн А.Ш. Оценка процесса смешивания кормов // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1969. - №2. - с.48 - 51.

36. Кукта Г.М., Голосов А.И. Оптимальная продолжительность смешивания компонентов комбикормов // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. — 1971. №11. — с.12 — 14.

37. Кукта Г.М. Методика определения неравномерности смешивания кормов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 1985. №1. — с. 44-46.

38. Кукта Г.М., Губко И., Фурса И. Приготовление кормов в смесителях неприрывного действия // Техника в сельском хозяйстве. 1972. - №3. - с. 29-31.

39. Кулаковский И.В. Машины и оборудование для приготовления кормов. — М.: Росагропромиздат, 1988. — 286 с.

40. Лазаревич П.Л. Полноценное кормление животных. — Киев, Урожай, 1972.

41. Лойцянский Л.Г., Лурье А.И. Курс теоретической механики. — М.: Наука, 1983-Т.2,640 с.

42. Львовский E.H. Статистические методы построения эпических формул. — М.: Высшая школа, 1988. 239 с.

43. Макаров Ю.И. Аппараты для смешения сыпучих материалов. — М.: Машиностроение, 1973. —215 с.

44. Макаров E.H. Инженерные расчеты в Mathcad/ С.-Пб., 2005. — 448 с.

45. Максаков В.Я., Дюкарёв В.В., Минько П.Л. Оценка качества комбикормов. М.: Колос, 1977. - 239 с.

46. Мартыненко Я.Ф. Промышленное производство комбикормов. — М.: Колос, 1975.-216 с.

47. Машины и оборудование для АПК выпускаемые в регионах России // Каталог -М.: Агротехинформ, 1999. Том 3,315 с.

48. Машины и оборудование для приготовления кормов. Программа и методика испытания: ОСТ 70.19.2 83. - М.: Союзсельхозтехника, 1975.

49. Мельник Б.Е., Лебедев В.Б., Винников Г,А, Технология приёмки, хранения и переработки зерна. — М.: Агропромиздат, 1990. — 367 с.

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

51. Мельников C.B., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. — Ленинград: Колос, 1980. — 168 с.

52. Методика определения экономической эффективности использования в сельском хозяйстве результатов научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: Россельхозиздат, 1984. - 104 с.

53. Методика определения экономической эффективности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений в машиностроении для животноводства и кормопроизводства. М.: ВНИПИ, 1986. - 51 с.

54. Методика определения экономической эффективности использования в сельском хозяйстве результатов научно-исследовательских и опытно-конструкторских предложений / Всесоюзная Академия Сельскохозяйственных наук им. В.И. Ленина. — М., 1982. 116 с.

55. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники / Министерство сельского хозяйства и продовольствия РФ. В 2-х ч. М., 1998.

56. Методы экономической оценки: ГОСТ 23730-88.

57. Миончинский П.Н., Кожарова Л.С. Производство комбикормов, М.: Колос, 1981.-200 с.

58. Мянд А.Э. Кормоприготовительные машины и агрегаты. — М.: Машиностроение, 1970. 256 с.

59. Налимов B.B. Таблицы планов эксперимента для факторных и полиномиальных моделей. — М.: Металлургия, 1982. — 192 с.

60. Налимов В.В., Чернова И.А. Статистические методы планирования экспериментальных исследований. — М.: Наука, 1965. — 235 с.

61. Налимов В.В., Чернова И.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. — М.: Наука, 1965. 187 с.

62. Некрашевич В.Ф., Слабиков А.Ф., Байдов A.B. Оборудование для приготовления комбикормов в малых предприятиях. / Современные перспективы разработки механизации животноводства и пчеловодства: Сб.науч. трудов. Рязань, РГСХА, 2003. - с. 47-50

63. Орлов Е., Сурков К. Блочно-модульный комбикормовый агрегат // Комбикормовая промышленность. — 2001. №3. — с. 29

64. Патент на изобретение РФ № 2215580, 7 В 02 С 4/06 Вальцовый станок / Некрашевич В.Ф., Челышев C.B., Капитонов Е.А., Слабиков А.Ф., Кипарисов Н.Г., Кочетков A.C., Байдов A.B.

65. Патент на полезную модель РФ №38120, 7 В 02 С 4/06 Комбикормовый агрегат / Некрашевич В.Ф., Челышев C.B., Слабиков А.Ф., Байдов A.B.

66. Петрова С.С. Повышение качества смешивания кормов с обоснованием конструктивно-режимных параметров барабанного смесителя: Автореф. дис. канд. тех. н., Пенза, 2004. 16 с.

67. Припадчев А.Д. Обоснование конструктивно-режимных параметров процесса смешения с разработкой гравитационной поверхности виброконтакта: Автореф. дис. канд. тех. н„ Оренбург, 2002. 20 с.

68. Проспекты фирмы «Капитал-ПРОК».

69. Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. — М.: Наукам, 1968. — 288 с.

70. Румшинский JI.3. Математическая обработка результатов эксперимента. -М.: Наука, 1971.-192 с.

71. Сакланов В.Д., Сергеев М.П. Технико-экономическое обоснование выбора средств механизации. М.: Колос, 1973.

72. Свидетельство на полезную модель РФ № 31517, 7 В 02 С 4/06 Вальцовая плющилка зерна / Некрашевич В.Ф., Слабиков А.Ф., Байдов A.B.

73. Сельскохозяйственная техника // Каталог под редакцией членкора ВАСХНИЛ В.И. Черноиванова. М.:Информагротех,1992. - Том 3,285 с.

74. Сиськов В.И. Экономико-статистическое исследование качества продукции. М.: Статистика, 1971. — 256 с.

75. Синещеков А.Д. Эффективное использование кормов, М.: Колос, 1967, -144 с.

76. Соколов А.Я. Комбикормовые заводы. М.: Колос, 1970. - 431 с.

77. Солошенко В.А. Влияние кормосмесей на качество говядины при интенсивном выращивании бычков на мясо. // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. — 1976. №2.

78. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. / Под ред. инженера Красниченко A.B., том 1, М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1960. 655 с.

79. Справочник мукомола, крупянщика, комбикормщика. М.: Колос, 1973. -335 с.

80. Справочник по кормопроизводству. М.: Колос, 1973. - 488 с.

81. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками. Л.: Химия, 1975. -384 с.

82. Технология переработки зерна / Под редакцией д.т.н., профессора Я.Н.

83. Куприца. М.: Колос, 1965. - 504 с.

84. Технология переработки зерна / Под редакцией д.т.н., профессора Г.А. Егорова. М.: Колос, 1977. — 375 с.

85. Тропчик И.С., Коваленко Г.П. Организация кормовой базы и кормления свиней в совхозах. Киев, Урожай, 1975.

86. Федоренко И.Я., Васильев С.Н. Технологические и технические основы Ф совершенствования дозирующих систем комбикормовых агрегатов //

87. Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2001. - № 8. - с. 10-13

88. Финансы. Учебное пособие. — М.: Финансы и статистика, 1997

89. Черняев Н.П. Технология комбикормового производства. М.: Агропромиздат, 1985.-255 с.

90. Черняев Н.П. Технология комбикормового производства. — 2-е изд., перераб. и доп. М.: Колос, 1992. - 368 с.1. 94. Щеглов В.В., Боярский Л.Г. Корма приготовление хранениеиспользование (справочник). М.: ВО. Агропромиздат, 1990. — 255 с.

91. Яковчик Н., Палкин Г., Миникомбикормоцех на шасси автомобиля // Комбикормовая промышленность. 1999. - №7. - с. 21-22

92. Arnold R.L. Vitamin needs of the Commercial Layer. // Animal mutation and Health.-1978.-№3.-p. 14-16

93. Arnold R.L. Phase feeding of layers based on daily amino acid in take. // ^ Poultry digest. 1978. - №442. - p. 618

94. Brothman A., Wollan G., Feldman S. Chem. And Met. End. // April, 1945. -№4.-p. 52

95. Felloni M. Verres of Retsactair. // 1966,20, №2, p. 99-105

96. Garlei K. W. Chem. End. Techn. // 1962,17, №7. p. 493-506

97. Kraurman B.A. New look at the vitamin in layer feeds. // FeedstufTs. 1978. -№35.-p. 22-23

98. Muller W., Rump F. Chem.-Engen.-Techn. // 1967,39, №5. p. 365

99. Perry S.C. Optimum nutrition. // Animal mutation and Health. — 1979. №3. -p. 23-24

100. Roseman B. Jnd. Chem. // 1963, 39, №2. p. 84-89

101. Scott M.L. Effects of calcium-phosphorus interrelations upon egg-shell quality. // Cornell nuts. Conf. -1976. p. 122-126

102. Stange K. Chem. End. Techn. // 1963,35, №8. p. 580-582