автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Технология и средства механизации приготовления и раздачи высокобелковых полнорационных кормовых смесей крупному рогатому скоту

Р Г Б од

На правах рукописи

КУРКОВ ЮРИЙ БОРИСОВИЧ

технология и средства механизации

приготовления и раздачи высокобелковых полнорационных кормовых смесей крупному рогатому скоту

Специальность: 05.20.01. - Механизация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Благовещенск - 1997

Работа выполнена в Дальневосточном Государственном Аграрном университете

Научный консультант: доктор технических наук, профессор,

академик ААО, заслуженны!

изобретатель РФ Доценко С.М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

член-корреспондент Академи!

инженерных наук, заслуженный деятел1 науки и техники РФ Земсков В. И.

доктор технических наук, профессор, академик ААО, член-корреспондент СО АН ВШ Кузьмин А.Е.

доктор технических наук, заслуженны! инженер сельского хозяйства РФ, ст научный сотрудник Стремнин В.А.

Ведущее предприятие: Сибирский научно-исследовательский I

проектно-технологический институт животноводства (СибНИПТИЖ).

Защита состоится "_"_1997 в _ часов в

ДальГАУ на выездном заседании диссертационного совета Д 020.03.01 в Сибирском научно-исследовательском институт« механизации и электрификации сельского хозяйства (СибИМЭ) по адресу: 633128, Новосибирская область, п. Краснообск, СибИМЭ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДальГАУ по адресу: 675006, Амурская область, г. Благовещенск, ул. Политехническая 86.

Автореферат разослан "_" _ 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.Е. Немцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Исследованиями ученых и передо-ой производственной практикой установлено, что кормление рупного рогатого скота кормовыми смесями способствует по-ышению продуктивности животных. Одним из наиболее важных оказателей качества кормовых смесей является наличие в них сех необходимых для организма животного питательных ве-еств и наиболее полное их усвоение.

Однако, получаемые в настоящее время кормовые смеси лохо сбалансированы по элементам питания и, в частности, о белку и витаминам, что приводит к снижению продуктивно-ти животных. При сложившемся в условиях региона кормопро-зводстве а рационах животных отмечается дефицит протеина. овысить питательную ценность кормовой смеси можно за счет ведения в нее протеиновых добавок, однако биологическая енность их низкая при высокой себестоимости производства, ричем при их скармливании наблюдается нарушение воспроиз-одительных функций животных.

Важной причиной снижающей качество кормовой смеси яв-яется потеря питательных веществ кормовых компонентов в роцессе их заготовки, хранения и приготовления. Так из-за есовершенства технологий заготовки, хранения и приготовле-ия кормов потери питательных веществ в сене достигают 400 %, силосе 25-30%, в корнеплодах 20-25%.

Важным резервом увеличения производства полноценных юрмов является разработка технологий, учитывающих местные риродно-климатические условия. При этом необходимо учиты-ать, что максимальную прибыль от производства продукции ивотноводства при стабильных ценах можно получить только т снижения себестоимости получаемой продукции, которая ;остигается упрощением структуры поточно-технологических :иний приготовления и раздачи кормовых смесей, при одновре-(енном повышении качественных показателей работы машин, |Ходящих в их состав, а также сохранении питательности ком-юнентов смеси и улучшении усвоения их основных элементов рганизмом животного.

Поэтому проблема обоснования технологии и разработки эедств механизации приготовления и раздачи высокобелковых ■лнорационных кормовых смесей крупному рогатому скоту яв-ется актуальной, позволяющей повысить питательную цен-юсть корма и соответственно продуктивность животных.

Цель исследований - повышение эффективности приготовления и раздачи высокобелковых кормовых смесей крупному рогатому скоту, за счет разработки технологии и средств механизации .

Объект исследований - технологические процессы приготовления и раздачи высокобелковых полнорационных рассыпньк и прессованных кормовых смесей с использованием проращенного соевого зерна.

Научная новизна. Разработаны теоретические аспекты пс обоснованию процессов приготовления и раздачи высокобелковых кормовых смесей; установлены теоретические и экспериментальные закономерности по процессам проращивания зерна, смешивания, прессования и раздачи кормовых смесей.

Определены аналитические выражения для расчета конструктивно-режимных параметров, производительности и мощности смесителя-распределителя и пресс-брикетировщика. Экспериментально получены математические модели процессов проращивания соевого зерна, смешивания, измельчения и прессования кормов и определены их оптимальные технологические параметры и конструктивно-режимные параметры технических средств, осуществляющих данные процессы.

( Практическая ценность и реализация результатов исследований. Результаты исследований позволили разработать технологию приготовления и раздачи рассыпных и прессованных кормовых смесей крупному рогатому скоту на основе проращенного соевого зерна, решить проблему, имеющую важное научно-техническое и народно-хозяйственное значение. Установленные аналитические и экспериментальные зависимости позволяют на стадии проектирования определять основные конструктивно-режимные параметры технических средств, обеспечивающих качественную реализацию процессов производства и раздачи рассыпных и прессованных кормосмесей для крупного рогатого скота.

Результаты исследований использованы Головным экспериментально-конструкторским институтом по машинам для переработки травы и соломы (ГЭКИ г.Вильнюс) при разработки и создании оборудования ПТЛ приготовления и раздачи кормовых смесей, ОПКТБ ДальНИПТИМЭСХа (г.Благовещенск) при разработке технической документации на оборудование ,ПТЛ приготовления и раздачи кормовых смесей и создании опытных партий технических средств (смеситель-распределитель, пресс-брикетировпдак), ДЗОС НПО ВИСХОМом при разработке и изготовлении опытных партий смесителей-распределителей. Результаты исследований включены в систему технологий и машин для

сельскохозяйственного производства России и малотоннажной переработки сельхозпродукции. Созданные на основе исследований технологии и средства механизации получили применение в сельскохозяйственных предприятиях Амурской области.

Личный вклад автора. Автором разработаны основные теоретические положения работы, осуществлялось руководство экспериментальными исследованиями, разрабатывались программы и методики исследований, осуществлялись эксперименты и обработка результатов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях ДальГАУ (с 1988 по 1997 гг.), научно-практических конференциях ДальНИПТИМЭСХА (1990, 1991 гг.), на совещаниях специалистов ГЭКИ по машинам для переработки травы и соломы и ДальНИПТИМЭСХА (Вильнюс 1989, 1990 гг), научно-практической конференции УНПК Ивановского района (1996 г.), межкафедральном заседании ДальГАУ (1997 г.)

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 2 6 печатных работах, в том числе в описаниях 4 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения и пяти глав, общих выводов, списка литературы из 284 наименований (в т.ч. 32 на иностранных языках) и приложений. Общий объем 363 стр., в т.ч. 43 стр. приложений, 78 рисунков и 19 таблиц.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Изучению проблемы приготовления и раздачи высокобелковых полнорационных кормовых смесей и сокращению потерь питательных веществ корма посвящены работы многих научных, проектно-технологических и других организаций.

Исследованиями Дмитриченко А.П., Иванова М.Ф., Калашникова А. П., Краснощековой Т.А., Мартынова В.И., Зафрек С.Я., Боярского Л.Г., Крылова М.Ф., Сибирцева А.И., Зинчен-ко Л.И. и других отечественных и зарубежных ученых подтверждается эффективность кормления животных кормовыми смесями. 3 то же время анализ исследований и практика показывают, ^то обеспечить полноценное кормление в достаточно широком объеме не представляется возможным из-за дефицита кормового 5елка и витаминов в кормах, а также из-за потерь их питательных веществ, вызванных низким качеством выполнения процессов заготовки, хранения, подготовки кормов к скармлива--даю и их дозированной раздачи.

Анализ кормового комплекса Амурской области показал, что наиболее ценным высокобелковым кормовым продуктом является зерно сои, однако, применяемые в настоящее время технологии переработки сои на кормовые нужды при кормлении крупного рогатого скота не отвечают современным требованиям по качеству приготавливаемого продукта, энергоемки и требуют больших капитальных вложений. Одним из перспективных способов переработки зерна сои на кормовые цели является его проращивание, при этом технологические и технические стороны'данного процесса являются не решенными.

Сокращению потерь питательных веществ корма при заготовке и хранении способствуют технологии предусматривающие искусственную сушку трав и их прессование, однако, данные процессы характеризуются большими топливными и энергетическими затратами.

Наряду с составом кормовой смеси на качество и питательность последней значительное влияние оказывают технологии и качество выполнения процессов их приготовления и раздачи, а также надежность функционирования технологических линий предназначенных для их осуществления. При этом качество приготавливаемых кормосмесей во многом определяется качеством смешивания кормов. Однако, анализ работы существующих поточно-технологических линий приготовления и раздачи кормов показал, что однородность приготавливаемой смеси не соответствует зоотехническим требованиям. Последнее обусловлено большой неравномерностью подачи кормов питателями и низкой сглаживающей способностью смесителей непрерывного действия. В тоже время процесс раздачи кормов характеризуется большой неравномерностью выдачи корма, вследствие неравномерной загрузки бункера раздатчика, что приводит к перерасходу кормов и недополучению продукции. Наряду с этим анализ существующих поточно-технологических линий приготовления и раздачи рассыпных и прессованных кормосмесей показал, что они имеют низкую надежность функционирования из-за своей сложной структуры и при этом приготовление и раздача кормовых смесей являются процессами энергоемкими' и трудоемкими, требующими значительных дополнительных затрат на строительство и эксплуатацию хранилищ, кормоцехов, приобретение и использование машин и оборудования. Размер затрат, своевременность и качество выполнения процессов по кормлению животных в конечном итоге определяют стоимость продукции животноводства.

Проблемы функционирования ПТЛ и методы оценки их эффективности исследовались в работах Земскова В.И., Мкртумя-на B.C., Мельникова C.B., Стремнина В.А. и других.

Исследованиями Вагина Г.И., Лртюшина A.A., Кобы В.Г., Кукты Г.М., Куцына Л.М., Завражного А.И., Мельникова C.B., Голикова- В.А., Алешкина В.Р., Сыроватка В.И., Кутлембетова A.A., Доценко С.М., Резник Е.И. и других ученых решаются проблемы повышения эффективности процессов приготовления и раздачи кормовых смесей за счет совершенствования технологических систем в животноводстве, разработки новых технических средств и способов обработки кормов. Это позволяет повысить эффективность приготовления и использования кормов животными. Анализ проведенных ими исследований позволил определить нерешенные вопросы рассматриваемой проблемы.

В связи с изложенным ставились- следующие задачи исследований :

- разработать теоретические аспекты по обоснованию процессов приготовления и раздачи высокобелковых кормовых смесей крупному рогатому скоту и на их основе обосновать пути повышения эффективности данных процессов;

- обосновать технологию и средства механизации проращивания соевого зерна;

- обосновать технологию и средства механизации смешивания компонентов корма во взаимной связи с процессом раздачи кормовых смесей;

- обосновать технологию и средства механизации прессования высокобелковых кормовых смесей;

- выявить закономерности и зависимости по процессам приготовления и раздачи рассыпных и прессованных кормовых смесей с использованием проращенного зерна сои и обосновать методы расчета параметров технических средств;

- провести производственную проверку, дать экономическую оценку результатов научных исследований.

2. Теоретические основы повышения эффективности функционирования ПТЛ приготовления и раздачи кормовых смесей КРС

2.1. Теоретические аспекты функционирования ПТЛ

Улучшение качества кормов и снижение потерь питательных веществ при заготовке, хранении и скармливании - одно

из основных условий стабильности производства продуктов животноводства. В результате потерь питательных веществ корма происходит недополучение продукции, при этом уравнение баланса с учетом потерь можно представить как:

п^ЕК-щ), я)

¡=1

где П^ - соответственно фактическое и плановое коли-

чество продукции, кг; ДП^ - потери продукции, кг; п - количество наименований продукции.

Выражение (1) можно записать в развернутом виде:

П* =

■■ ¡=1

¡-1

N - Д •

(2)

где У1 - урожайность кормов культур, кг/га; - площадь посева, га; Пзк1 - питательность кормовых культур к.ед.; - масса дополнительного вида корма (компонента); Пк - питательность дополнительных компонентов, к.ед.; j - количество дополнительных видов кормов в рационе; N - количество животных; Д - продолжительность кормления животных, дн.; Эк -энергетическая ценность кормовой единицы, МДж; Эп - затраты энергии на получение единицы продукции, МДж.

Поточно-технологическая линия будет функционировать эффективно в том случае, когда она выдаст максимальное количество продукции стоимость - С с минимальными потерями продукции - ЛП при ограничениях по качеству выполнения процессов .

Сказанное можно представить в следующем виде:

С=1(ПР,-ДП1)Цр->тах ¡=1

ДГ^ДК.!) 0<К;<[К(]

(3)

где Цр - реализационная цена продукции, руб/кг;

- показатель качества выполнения процесса; [К,] - допустимое значение показателя качества, установленное зоотехническими требованиями.

(4)

Для ПТЛ приготовления и раздачи рассыпных и прессованных смесей ограничения по качеству выполнения процессов можно записать в виде системы: •

О - -[усм]

0<Ут<[Уг] ° .

где усм - неоднородность смеси;

V, - неравномерность тепловой обработки корма; 5Р - неравномерность выдачи корма; Кр - крошимость брикетов;

[ут], [5р), [Кр] - допустимые значения данных показателей, установленные зоотехническими требованиями.

Количество плановой (ожидаемой) продукции за год можно определить как:

Э„

где ц - питательность суточного кормового рациона, ляемая как средневзвешенная величина.

Количество потерянной продукции за год равно:

дп = £дп, = ДП1К + ДП6,К + ДПхр +ДПпр +дпр + дпж

(5)

опреде-

(б)

где ДПЗК - потери продукции, вследствие потерь питательных веществ при выращивании и заготовке кормов, кг; ДП6вк - потери продукции, вследствие потерь питательных веществ при

проращивании зерна,

ДПхр - потери продукции, вследствие

ДПР - ло-

потерь питательных веществ при хранении, кг; ДПпр, тери продукции, вследствие потерь питательных веществ при приготовлении и раздаче кормов, кг; ДПЖ - потери продукции животными, в результате несвоевременной выдачи кормов, кг.

Выражение (6) можно записать в следующем виде:

дп = ХдЧгы-д--"-,

Ы Дт

(7)

где Дд! - суточные потери питательных веществ кормов по каждому из элементов технологии при его движении к животному, к. ед.

Исключение или уменьшение потери позволяет получить прибыль, равную:

П£=(Цр-ДСс)мГ, (8)

где ДСс =с^ва-С*"1;

&П' - снижение потерь продукции, вследствие совершенствования технологии и технических средств.

Анализ процессов кормопроизводства показывает, что потери питательных веществ обусловлены большим числом причин и зависят от соответствующих факторов.

Так, потери естественного конвейера кормовых культур зависят от агроклиматических факторов, сорта культур, их урожайности и т.д.

=( у Г: - У Г) пзк = ^ Т;-)' (9)

где VI - влажность воздуха и почвы, %; Т - температура воздуха и почвы, "С.

Потери при использовании "белково-витаминного конвейера" для искусственного производства кормовых добавок путем проращивания зерна зависят от факторов, определяющих микроклимат (W), (Т), высоты слоя зерна (Н), продолжительности его замачивания 1з и т.д.

ДЧ"„ = (т° - тф)• П6к = Т; Н; 13;...) (10)

где т°,ш® - соответственно масса проращенного зерна ожидаемая и фактическая, кг; П0вк - питательность белково-витаминного корма, к.ед.

Потери питательных веществ в процессе хранения кормов можно представить в виде:

^,р=(м;р-м;р)-п« = £(к1г; (11)

где М*р, М*р- соответственно масса кормов заложенных на хранение и масса кормов использованных на корм животных, кг; Пкс - питательность кормовой смеси, к.ед.; р - плотность кормов, кг/м3; 1г - длина частиц корма, м; Ик - влажность корма, %.

Потери питательных веществ кормов при их приготовлении обусловлены недополучением в процессе обработки требуемого качества, нарушения соотношения кормовых компонентов в смеси, что можно представить в виде зависимости:

¿ЧпрЦвш^С'-Л,;...), (12)

где во, - однородность смеси, %; Т - температура обработки, °С; С* - соотношение компонентов в кормовой смеси; 5„ - неравномерность подачи кормовых компонентов, %.

Потери, связанные с процессом раздачи, можно представить как:

*Чр=«(8р)' (")■

где 8Р - неравномерность выдачи корма животным.

Потери питательных веществ в зависимости от качества работы кормоприготовительных и раздающих машин можно определить по формулам соответственно:

ДЧПР = [кс(1 - в^) + к, (I - V,)] • ч, (14)

где кс - коэффициент, учитывающий повышение питательности и усвояемости кормовой смеси в зависимости от ее однородности; кт - коэффициент, учитывающий повышение питательности кормов, при их тепловой обработке; ут - равномерность тепловой обработки кормов.

ДЧ„=кр-5р-Ч, (15)

где кр - коэффициент, связанный с раздачей кормов.

Потери продукции непосредственно животным в результате нарушения стереотипа кормления из-за поломок и неисправностей оборудования для приготовления и раздачи кормов можно представить как функцию надежности работы данной линии:

• ДПж=Г(Р) = ^(Кг)] (16)

где Р - надежность функционирования линии приготовления и раздачи кормов; Кг - коэффициент готовности технологического оборудования, равный 0,9-0,98.

Потери продукции Пж за год можно определить с учетом формулы Земскова В.И.:

ДПж = кж-^-1|-Д-Н, (17)

где кж - эмпирический коэффициент, равный 0,88.

Проведенный анализ показывает, что максимальный доход от реализации животноводческой продукции при минимальных убытках можно получить за счет обеспечения:

- максимальной урожайности кормовых культур;

- оптимальных условий хранения кормов;

- максимального энергонасьпцения кормов (приготовления полнорационных кормов с оптимальным соотношением компонентов и витаминов, высокой усвояемостью питательных веществ);

- высокой надежности функционирования системы кормления (путем применения минимально возможного количества машин и рациональных технологий).

Производство кормовых смесей для крупного рогатого скота является сложным процессом, состоящим из таких операций, как выращивание и заготовка кормовых культур, хранение, подача кормовых компонентов питателями, смешивание, заполнение бункера-накопителя (раздатчика), раздача. На основании анализа технологических операций, указанных процессов и устройств для их осуществления разработана структурная схема функционирования рациональной технологической линии приготовления кормовых смесей, во взаимной связи с естественным конвейером кормовых культур (зеленым конвейером)

и искусственным «белково-витаминным конвейером» (рис.

агроклиматические факторы

W(i); 70(t);... "V

1) •

технологические и конструктивна-режимные факторы

•V-

естественные условия выра-шагания кормовых культур

микроклимат , 7* ({}...

Рис. 1. Схема функционирования технологической линии приготовления и раздачи прессованных кормов:

ЗК - зеленый конвейер; БВК - белково-витаминный конвейер; П - питатели; С-Р - смеситель-распределитель; П(К) - питатель (кормораздатчик); П-Б - пресс-брикетировщик; ХР - хранилище кормов; К - кормушка.

2.2. Разработка технологии и средств механизации получения биологической массы растений на корм скоту в искусственных условиях

Одной из основных задач при получении биологической массы растений на корм скоту является снижение потерь питательных веществ.

При использовании «белксво-витаминного конвейера» для искусственного производства кормовых добавок путем проращи-

вания зерна, потери питательных веществ будут зависеть от микроклимата (влажность и температура в слое зерна) и технологических факторов (высота слоя, продолжительность замачивания, продолжительность проращивания), т.е. для данного процесса целевую функцию можно представить в виде

ЛЧ5,*=фУ;Т; Н; 13; 1пр)-у тт (18 )

Анализ выражения (18) показывает, что снижения потерь питательных веществ можно достичь путем правильного выбора технологических параметров и технических средств, осуществляющих данные операции.

Анализ литературных источников показал, что вопрос механизации проращивания зерна решен в пищевой промышленности и при производстве гидропонного зеленого корма.

Рассмотренные технологии и их аппаратурное решение, а также обзор исследований процесса прорастания соевого зерна, позволили определить направление в разработке наиболее эффективных средств механизации для условий проращивания соевого зерна.

Так выявлено, что разработку средств механизации для осуществления процесса проращивания зерна необходимо вести по пути совершенствования способов расположения и перемещения вегетативных поверхностей, при этом необходимо учитывать как агротехнические условия (обеспечение необходимых водно-воздушных параметров корневого пласта растений и особенно его дренажа), так и организационно-техническую структуру, обеспечивающую непрерывность выращивания корма, эффективное взаимодействие уборки, закладки, увлажнения и освещения. Наиболее целесообразно использование многоярусных вегетационных поверхностей, выполненных в виде замкнутых транспортерных лент, не связанных между собой едиными конструктивными элементами, включающие устройства вентиляции и орошения. Причем, более рационально при проращивании сои использовать орошение способом дождевания с неподвижной штангой с форсунками. Данные установки менее энергоемки, все процессы в них механизированы и при этом достигается наиболее равномерное поддержание в слое зерна водно-воздушного режима.

Производство кормов из кормовых и зерновых культур есть процесс прироста их биологической массы во времени, что можно представить следующей целевой функцией:

ш=£(Ь)->шах (19)

где ш - биологическая масса кормовых культур;

t - время выращивания.

Темп роста биологической массы представится в виде

— = Ь0ш.е-к' (20)

<11

где Ь0 - удельный темп выращивания (проращивания) в момент времени t=0; К - дополнительный параметр, характеризующий уменьшение удельного темпа; t - время выращивания (проращивания). Отсюда

m = ш0 -ехр

1-

(21)

К

Для малых значений t e~Kl»l-K-t и поэтому

ш'я m0eh°1 (22)

При t—>со биологическая масса приближается со временем к своему асимптотическому значению ш=ш', где

ia

ш'=ш0ек (23)

Жизненно необходимыми факторами при выращивании кормовых культур (проращивании соевого зерна) являются условия и.у, выращивания и проращивания: влага, тепло, воздух. В реальных условиях значения этих факторов изменяются во времени и могут рассматриваться как случайные динамические функции. В этом случае задача описания процесса выращивания культур и проращивания зерна сводится к определению правила преобразования этих функций в выходную величину - суточный прирост биологической массы кормовых культур или зерна, которая также является случайной функцией времени.

На растение или зерно, находящимся на рабочем органе машины воздействуют входные функции : условия проращивания y(t), температура T(t), влажность W(t).

Ответной реакцией на эти воздействия является появление ростков и увеличение их массы во времени, динамика которых характеризуется суточным приростом m(t). Каждый из факторов оказывает неодинаковое воздействие на прирост биологической массы кормовых и зерновых культур. Поэтому для упрощения решения задачи совместную относительную напряженность факторов представим в виде одного обобщенного входа Ф как

Ф = ПФ, =<Dy(t)0T(t)d>w(t) (24)

где Фу(t), Фт(t) , Ow(t) - относительная напряженность факторов соответственно условий проращивания, температуры и влажности.

Относительная напряженность фактора условий проращивания с достаточной точностью может быть определена по формуле

фу(0 = ~i7- <25>

""опт О

где F„ - фактическая площадь распределения зерна; F0 - площадь, занимаемая одним зерном, соответствующая порогу отрицательного воздействия; FonT - площадь, приходящаяся на одно зерно, соответствующая наиболее благоприятным условиям для проращивания.

Относительную напряженность фактора температуры определим как

(26)

'опт *0

W - W

Ф.. (t) = - * " (27)

w„„, - w„

где Тф, Wj, - соответственно фактическая температура и влажность; Т0, W0 - соответственно порог температуры и влажности, при которой происходит снижение прироста биологической массы; Топт, WonT - соответственно биологически оптимальная температура и влажность.

Зависимость оптимальных значений m(t) от постоянных во времени напряжений факторов Ф=сопэС не линейна, что затрудняет определение правила преобразования системой входных сигналов. В результате исследований нами установлено, что указанная зависимость носит асимптотический характер и достаточно точно апроксимируется выражением

ml=m„11(l-e"4'), (28)

где m^,,. - максимальный суточный прирост биологической массы при постоянной во времени суммарной напряженности факторов; шсп - опытный суточный прирост биомассы при ®=const=l; h - показатель темпа увеличения суточных приростов биологической массы кормовых и зерновых культур.

Исследуя данную систему как линейную, прирост биологической массы определится:

m(î) = m0,n(l-e-R(,)) (29)

где R(t) - выходная случайная величина, линейно зависящая от Ф

Располагая значением R(t) можно определить максимальный суточный прирост на период времени t. Полученные таким образом значения m(t) характеризуют потенциальную способность зерна иметь максимальные суточные приросты биологической массы. Данная модель позволяет с достаточной точностью прогнозировать суточные приросты биологической массы при выращивании кормовых культур и проращивании зерна и обосновать параметры и затраты энергии устройств для проращивания соевого зерна, работающих по непрерывному принципу.

2.3. Разработка технологии и средств механизации равномерного смешивания кормовых компонентов и раздачи кормовых смесей.

На качество приготовления кормовой смеси значительное влияние оказывают качество смешивания и раздачи кормовой смеси. При приготовлении и раздаче кормовых смесей КРС основным требованием является сохранение кормовых питательных веществ и улучшения их усвоения организмом животного. Для процессов смешивания и раздачи потери питательных веществ определяются функциями:

Agnp=f (9си, Т, Ск, 8П, ...) -»min, (30)

AqnP=f(5p) -» min, (31)

где бе - однородность смеси; Т - температура обработки; Ск - соотношение компонентов в кормовой смеси; 8Р - неравномерность выдачи корма животным.

Анализ зависимостей (30) и (31) показывает, что снижению потерь питательных веществ при приготовлении и раздаче кормовых смесей способствует совершенствование процессов смешивания и заполнения бункера раздатчика кормов.

Проведенные исследования показали, что увеличению однородности смеси и снижению неравномерности выдачи кормовой смеси способствует более равномерное распределение кормовых компонентов в бункере раздатчика. При этом анализ способов заполнения бункерных раздатчиков кормом и исследований данного процесса показал, что от характера распределения компонентов в бункере зависит качество смеси и, в частности, от распределения компонентов по длине бункера. Действительно, если к битерам кормораздающей машины подавать кормовые компоненты в заданном соотношении, то на выходе из кормораздатчика смесь будет соответствовать заданной зоотехниче-

ской норме, причем наряду с дозирующим устройством, битера выступают в роли смешивающего органа.

На основании проведенных исследований установлено, что наиболее рациональным вариантом является совмещение операций смешивания кормовых компонентов и равномерного распределения их по длине бункера.

В результате теоретических исследований разработан ряд технических решений (а.с. № 1450794, а.с. № 1535487), которые были положены в основу создания конструктивно-технологической схемы смесителя-распределителя (рис. 2), включающего в себя подающий скребковый транспортер 1, из-мельчительно-смесительную камеру 2, внутри которой установлены барабаны 3 с шарнирно-установленными молотками 4, и противорежущая дека 5. Устройство устанавливается в кормо-приготовительном цехе на направляющих 6, с возможностью перемещения вдоль загружаемого бункера раздатчика 7, и позволяет смешивать кормовые компоненты с одновременным их доиз-мельчением и формировать монолит корма горизонтальными слоями за несколько проходов устройства и наклонными слоями за один проход вдоль бункера раздатчика.

ределителя кормов: 1 - подающий транспортер; 2 - измельчи-тельно-смесительная камера; 3 - барабан; 4 - молоток; 5 -противорежущая дека; 6 - направляющая; 7 - бункер раздатчика .

Теоретические исследования процесса заполнения бункера кормовой смесью позволили получить равенство, устанавливающее связь между равномерностью распределения кормовых компонентов на участках заданной длины 1, которая характеризуется дисперсией О^х/Ц, неустойчивостью потока смеси, выходящей из распределительного органа, которая характеризу-

ется дисперсией Dtq/1] и неоднородностью получаемой смеси

vc:

Ж

•q"' (32)

НХМХИЧ4/

RIA

q-P)2-f^^/j - дисперсия количества контрольного компонента в массе q; D //fj = f ~ дисперсия

Яш»

массы смеси, распределяемой на участках длиной 1; £ [x/q] -плотность распределения контрольного компонента в заданной массе q; Р - массовая доля компонентов в смеси; Fíq/'i) -вероятность появления отрезков длиной 1 с массой q на каждом; q - среднее значение массы корма на участке длины 1.

Дисперсия процесса распределения определится выражением:

=-А-JjK.5Cl-i')di-di- (33)

ь о о

где Kq <1-1') - корреляционная функция в интервале 1-1'; ач - среднеквадратичное отклонение массы q; L=n-1 - длина потока; п - количество слоев формируемого монолита; 1 - длина бункера раздатчика.

Корреляционную функцию Kq(l) апроксимируем следующим выражением

K¡(l) = D- • cos[p(l0)] • expj-tx(l0)3 (34)

где lo - интервал корреляции;

<х(1о), Р(10) - параметры корреляционной функции.

Учитывая, что неравномерность распределения 5q равна

а о.

6=-3. (35)

%

где а - коэффициент, связанный с законом нормального распределения.

Если учесть неравномерность выдачи корма, создаваемую транспортером и кормоотделителями питателя (раздатчика) коэффициентом Спк и с учетом выражений (33), (34) и (35) неравномерность распределения корма в бункере определяется:

5, = А-(0).{21о + „,. еоДО.)] • ехр[- а(1 о)]} (36)

При условии, когда подача кормового материала q„ равна пропускной способности смесителя-распределителя, в пространстве между барабанами образуется слой корма в виде некоторой фигуры. Отделение корма будет происходить на участке, ограниченном углами а„ и а„. При дальнейшем движении молотка производится только перемещение захваченной порции корма (рис. 3).

Рис. 3. Схема к определению производительности смесителя-распределителя .

Площадь отделяемой части корма молотком определится

где Г5 - радиус вращения оси подвеса молотка; Кх - некоторый коэффициент, который определяется из выражения

In

Ри

К,=-

а„ -а.

(38)

(39)

Объем, отделяемый молотком равен

V0=S•ЬM,

где Ьм - толщина молотка, м.

С учетом выражения для определения объема производительность смесителя-распределителя определяется

д _ Ш 2 КуЮ-р Ьм

1

4К1

--У .А_е-гК|'а""а"']-—г,2(ап -а )

8т(ав-90°); I I 2 11 п

где т - количество молотков на одной оси подвеса; г - количество осей подвеса молотков на барабане; - коэффициент, учитывающий изменение объема корма, перемещаемого молотком вследствие взаимодействия частиц друг с другом; ш -угловая скорость вращения барабана, с"1; р - плотность кормовой смеси, кг/м3.

Теоретический анализ рабочего процесса смесителя-распределителя позволил получить формулу для определения показателя кинематического режима и мощностей, затрачиваемых на перемещение массы материала в рабочей камере и. на передвижение его вдоль бункера. Показатель кинематического режима определится:

о 11,-Ь,.-к,-п-(г, +т2)

к = -"—!-—^ (41)

итр т-2-У0 Ку

Мощность, затрачиваемая на перемещение массы материала в рабочей камере равна_

>2 ,д! (. .

где 0 - подача материала, кг/с; Ям - радиус вращения молотка относительно оси вращения барабана, м; Мк - масса корма, захватываемая одним молотком, кг; Мм - масса молотка, кг. Мощность, затрачиваемая на передвижение смесителя-распределителя вдоль бункера раздатчика, определится

_[(Му+М,,р)-(((>п.8+а) + Р-р.к].цп

^•дв — / (4 о)

4«-44

где МуМКтр - массы устройства и корма на транспортере, кг; а - среднее ускорение устройства при пуске, м/с2; срп - коэффициент сопротивления перекатыванию колес; Я - площадь, подверженная ветру, м2; р - давление ветра, Па; к - аэродинамический коэффициент; ип - скорость перемещения смесителя-распределителя, м/с; "Пи - КПД механизма; уср - средняя кратность пускового момента.

2.4. Разработка технологии и средств механизации прессования кормовых смесей

Значительные потери продукции происходят вследствие потерь питательных веществ при заготовке и хранения, которые зависят от плотности кормов, длины их частиц, влажности окружающего воздуха и корма, температуры и т. д. Целевую функцию процесса хранения можно представить в виде:

ДЧхР=£ (рц; 12; . . .) -мгип (44)

Снижению потерь продукции вследствие потерь питательных веществ при хранении кормов способствует приготовление прессованных кормосмесей. Это позволяет хозяйствам иметь резервный запас сбалансированных по питательности кормовых смесей, повысить коэффициент использования технологического оборудования, вследствие его загрузки в летнее время и снизить потери питательных веществ и корма при хранении, а также повысить усвоение питательных веществ кормовой смеси организмом животного счет ее баротермической обработки.

Анализ способов и технических средств, предназначенных для прессования кормовых смесей, показал, что им присущ ряд недостатков. Во-первых, большая энергоемкость процессов гранулирования и брикетирования, связанная с зависанием корма на перегородках между отверстиями матрицы, уменьшить которые в данном типе прессов уже не возможно. Во-вторых, низкая надежность конструкции из-за больших нагрузок на прессующие ролики. Указанные недостатки менее присущи пресс-экскрудерам, однако в тех конструктивных решениях, которые существуют они применяются только на прессовании зерновых кормов из-за особенностей прессующей головки. Поэтому решив вопрос с конструкцией прессующей головки можно обеспечить прессование кормовых смесей на основе стебельных кормов. На основании вышесказанного разработана конструктивно-технологическая схема пресса, который включает: корпус, внутри которого установлен шнек с изменяющимся шагом витков, формующую головку с продольными пазами, вращающуюся вместе со шнеком, втулку, имеющую конус с конической резьбой, образующую камеру прессования. Резьба во втулке способствует более равномерной подаче корма в пазы формующей головки и уменьшению затрат энергии на перемещение корма по рабочей камере (рис. 4).

Пресс-брикетировщик состоит из корпуса 1, шнека 2, формующей головки 3, втулки 4, зажимной гайки 5. Шнек и формующая головка приводятся во вращение посредством элек-

тродвигателя через редуктор. Корпус выполнен в виде полого цилиндра и имеет приемную горловину, упорное кольцо для втулки формующей головки и резьбу для зажимной гайки.

Рис.4. Схема шнекового пресс-бриетировщика.

Шнек пресс-брикетировщика выполнен с переменным шагом витков. На вал шнека одевается формующая головка и вращается вместе со шнеком. Во втулке формующей головки выбран корпус с конической резьбой, образующей прессующую камеру, в которой происходит подпрессовывание и захват массы головкой .

Формующая головка представляет собой барабан с шестью продольными пазами, в которых происходит формирование брикетов за счет давления, создаваемого шнеком, а также трения о стенки втулки при вращении головки, что позволяет сократить длину прессующих каналов и увеличить производительность .

Набор сменных втулок и формующих головок позволяет производить брикеты различного размера.

Теоретические исследования процесса прессования кормовых смесей позволили определить зависимости плотности обрабатываемого кормового материала (ОКМ), получаемой в процессе ее уплотнения рабочими органами пресс-брикетировщика.

Плотность ОКМ на выходе определится:

р=р1с1+Др2|с+Др211 и +АР2<£2) +Дрз(П| +Др3(М|, (45)

где Р1с1 - плотность ОКМ в конце первого участка; Др2* - увеличение плотности на втором участке, вследствие конструктивных особенностей (без учета влияния сил трения); Дрг"11 -

увеличение плотности на втором участке за счет трения о винтовую поверхность втулки; Др2<12> - увеличение плотности на втором участке за счет трения о формующую голойку; Дрз'"1

- увеличение плотности на третьем участке за счет трения о втулку; Дрз<£41 - увеличение плотности на третьем участке за счет трения о формующую головку.

При этом первый участок соответствует длине шнека, второй - длине конической втулки, третий - расстоянию от конца конической втулки до конца формующей головки. Приняв рк1=р1=р02, имеем:

Др2к=р02--22~рк), (46)

где р1 - насыпная плотность ОКМ; р02 - плотность в начале второго участка; Эог - площадь поперечного сечения ОКМ в начале второго участка; - площадь поперечного сечения

ОКМ на втором участке.

5 (47) «02

где и« - скорость движения ОКМ в конце первого участка; иог

- скорость движения ОКМ в начале второго участка.

Площадь ОКМ на втором участке определится:

ви = ~+) ■-:22 ■ - (яКг2 - М*Х (48)

4

где 1*1, Иг - соответственно радиусы верхней и нижней винтовой поверхности1втулки; г - длина рассматриваемого участка; а - угол между горизонтальной осью и' образующей конуса; Кг

- радиус головки; к - количество каналов формующей головки, Ь- ширина канала, Ь - высота канала.

Вследствие трения о поверхность втулки происходит увеличение плотности, которая определится функцией:

Др2п=Др12п = 1|/[РП0Пп(г>ч>)], (49)

гдеР„0Пп(г,ф)- давление в поперечном сечении г от действия сил трения на винтовой поверхности, которое определяется по выражению:

_ / |Л*п(г1(р)сов3а2(г,(р)<Ь1скр

ргюпПЧ»)=т/Иг-кф>2 +с2]Бес30-к+с(830х^- (50)

Б,2

РПоп(г>(Р) = Ф(Ро~^г) ~ давление в поперечном сечении (51)

С = — - постоянная величина, имеющая размерность длины 2 71

Р - шаг резьбы;

К = СМ£а (52)

С

соза2(г,(р)= (53)

>/с2 + К2

£2

Увеличение плотности Лр2 определяется по выражению:

Лр2Г2=Ч>[Р„о„П(12)], (54)

- Р.

где Р«шг(12) =

Р2 = = + ■ Гг)ф(Рог ■ ' (55)

о ЬС

где - площадь поперечного сечения ОКМ при г =С,

За счет действия сил трения на третьем участке происходит увеличение плотности равное:

Др3 = Др3*3 + Дрз'4 (56)

При этом:

ДрзГз=^Р„„„Г,(1з)]. (57)

гдеРыи/'Оз) ~ давление создаваемое за счет сил трения о поверхность втулки на третьем участке

Р„о/'(1з) = ^- =---(58)

81з=и(Кь2-^)+кЬЬ (59)

Увеличение плотности Дрз4 определяется

АРзГ4=М/[Р»„„Г2(1з)]. (60)

гол. + к^-^Фмдк

где Р/>(13) = ^ =--:---(61)

Ч Ч

Мощность, затрачиваемая на процесс прессования определяется

(62)

где Ы]. - мощность, затрачиваемая на первом участке; Ы2 -мощность, затрачиваемая на втором участке; Ы3 - мощность, затрачиваемая на третьем участке (рис.4).

Мощность, затрачиваемая на втором участке равна

Ы2=ЫтвпЧытвп"+К2тгг+Ы2тгв, (63)

где Ытвпв, Ктвпн - мощности, затрачиваемые на трение ОКМ при ее скольжении по верхней и нижней винтовой конической поверхности; ^тг2, ^тг" - мощности, затрачиваемые на трение ОКМ при ее скольжении по поверхности формующей головки вдоль оси т. и при вращении вокруг ее соответственно. Мощность Мтвп", НТВпН определяются по выражению:

Я2<Р<12) _

МтвПв = | }УсГьрт(г,ч>)яя2 а(г,<р)^[(г -кр)1 +к2 +сг]зес2 30 - (с^ЗО - к)2 с1гс1ср ' 64 )

я, о

Мощности М2тг% М2тгВ определяются по формулам

Ы2тгг=(2яКг + 12ЬЬ)ГгцУ02802 Вн-^аг ( 65)

о Р8

|2

Ы2тгь=2яКг2Ггоцсо|рпо„(2)<12 (66)

о

Мощность затрачиваемая на третьем участке

^=^ТВ+М»ТВ+^ТГ4-Ы5ТГ, (67)

где МзТВ,М'тв _ мощности, затрачиваемые на преодоление сил трения ОКМ на третьем участке при ее скольжении по поверхности втулки вдоль оси Ъ и при вращательном движении

вокруг оси Z; . МзТГ,М5гг-~ мощности, затрачиваемые на преодоление сил трения на третьем участке при ее скольжении по поверхности формующей головки вдоль оси Ъ и при вращении

вокруг нее.

Мощности Г^зт-ииМЦхв определяются по выражениям:

N^3 = 2тЛвишшРш (68)

о Р

>з

К'пв=2пК2выГт^]Рп<1ПШг. (69)

о

Мощности и Ы5ТГопределяются по формулам:

ь

Ы3гтв = 2(лЯг + кН)Г„4ШшРи

(70)

Л

= (71)

о

В процессе теоретических исследований получены также выражения для определения производительности пресс-

брикетировщика и диаметра шнека, определяемого с учетом заданной неравномерности потока корма.

3. программа, методика исследований и обработки экспериментальных данных

Для определения основных технологических параметров исследуемых процессов, а также проверки теоретических предпосылок и выявление зависимостей между отдельными параметрами проводились экспериментальные исследования. При этом использовались разработанные экспериментальные установки для исследования процессов проращивания соевого зерна, смешивания кормов и загрузки бункерных раздатчиков, прессования кормовых смесей. Исследования проводились по стандартным и частным методикам, с использованием математического моделирования эксперимента и методов регрессионного анализа. Обработка данных, полученных в ходе экспериментальных исследований производилась известными методами математической статистики.

Экспериментальные исследования проводились в лабораториях и в производственных условиях с применением тензомет-рирования, осциллограффирования, электронных приборов.

4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ

Априорным ранжированием было выявлено, что на процесс проращивания соевого зерна оказывают значительное влияние следующие факторы: Д -продолжительность проращивания, И -влажность и Т - температура в слое зерна, Н - высота слоя.

Обработка результатов экспериментов позволила получить математические модели в виде полиномов второго порядка:

- для удельного прироста массы замоченного зерна:

Дш= [-10359-626-Д+18 9, 4-И + 282-Т + 3, 74-Н +

+ 6, 6-Д-И+15, б-Д-Т+1, 82-Д-Н-1, 31-1Г-

-6, 52-Т2-4-1СГ2-Н2]-1СГ3 (72)

- для удельного содержания витамина С:

С= [7 900-14 00 0-Д-190-Ы+1960-Т+6 6-Н+100-Д-И-8 0-Д-Т+

+ 10-Д-Н-1, 2-И-Н + З, 6-Т-Н + 1200-Д2-36-Т2-036-Н2] -10"5 (73)

На рис. 5 и 6 представлены сечения поверхностей отклика данных математических моделей.

Анализ поверхностей показал, что наибольшее влияние на процесс проращивания соевого зерна оказывает высота слоя Н и продолжительность проращивания Д. При увеличении влажности до 84% и температуры до 28°С наблюдается увеличение

Рис.5 Зависимость удельного прироста массы замоченного зерна сои от продолжительности проращивания (X!) и температуры в слое зерна (Х3) при влажности зерна VI =80% и высоте слоя Н=100 мм

Рис.6 Зависимость удельного прироста массы замоченного зерна сои от влажности зерна (Х4) при продолжительности проращивания Д=5 дней и температуре в слое Т=25°С

прироста массы, при дальнейшем увеличении значений факторов прирост массы снижается.

Однако, исследования удельного содержания витамина С в проращенном зерне сои показал, что наилучшие показатели наблюдаются при Т=24-26°С и И=90-92%.В результате решения компромиссной задачи определены оптимальные значения факторов: Д=5 суток, 1Я=90%, Т=28°С, Н=140 мм при этом удельный прирост массы равен 1,789 кг/кг, а удельное содержание витамина С=0,194 мг/г.

Экспериментальные исследования процесса смешивания кормов, заполнения бункера раздатчика и выдачи кормовых смесей проводились на экспериментальной установке, включающей питатели силоса и соломы, сборные транспортеры, смеситель -распределитель, кормораздатчик и выгрузной транспортер .

Кормовыми компонентами являлись: кукурузный силос, ячменная солома, проращенная соя, минеральные добавки. При исследовании работы серийного комплекта оборудования кормоцеха КОРК-15 установлено, что неравномерность подачи питателей грубых кормов достигает 60%.

Однородность смеси лри этом в бункере загружаемого кормораздатчика не превышает 80%. Посредством битеров раздатчика происходит сглаживание неоднородности получаемой смеси, однако эффективность его не велика и однородность на выходе из раздатчика не превышает 82-84%.

При оптимизации.конструктивно-режимных параметров смесителя-распределителя кормов отсеивающими экспериментами выделены четыре фактора, оказывающих наибольшее влияние на показатель однородности смеси : показатель кинематического режима - X, число рядов сегментов деки - К, число молотков, проходящих по одному следу - С, высота выходов сегментов деки - Н. Они были включены в матрицу плана многофакторного эксперимента.

В качестве критериев оптимизации при проведении многофакторного эксперимента по плану Бокса-Бенкина выбраны показатели однородности смеси и средневзвешенный размер частиц. В результате обработки опытных данных на ЭВМ получены математические модели процессов смешивания и измельчения, которые имеют вид:

- для процесса смешивания кормов:

0=97, 48762-4, 43412-С-4 , 15354-К-О, 00466-Х-Н--0, 00677^К-Н+0, 00496-Я.2+1, 37079-К2+

+ 0, 50518-С2+0, 00280-Н2 (74)

- для процесса измельчения кормов:

1ср=93, 88650-29, 65150-С-0, 11540-Я.-К-0, 42080-Я.-С--0, 00663Л-Н-1, 63132-К-С+О, 064 81-С-Н-

-0, 01021'Х2 + 1, 32924-К2+2, 74774-С2 (75)

Для выбора оптимального сочетания исследуемых факторов была решена компромиссная задача методом неопределенных множителей Лагранжа. Оптимальные значения факторов находятся на уровне: 1=48,32; К=3; С=2; Н=63 мм.

Исследование производительности и энергоемкости смесителя-распределителя показало, что увеличение производительности наблюдается при увеличении показателя кинематического режима. Увеличение производительности более 3,5 кг/с ведет к снижению качества приготавливаемой смеси. Наилучшие качественные и энергетические показатели наблюдаются при производительности 2,08....3,5 кг/с и частоте вращения барабанов 1500-2000 об/мин., при этом затраты мощности на привод барабанов не превышает 10,5 кВт. Экспериментальные и расчетные данные имеют удовлетворительную сходимость.

Исследование влияния показателя кинематического режима на неравномерность распределения 8, (рис.7) показывает, что увеличение соотношения X. до 42 приводит к значительному уменьшению неравномерности распределения корма в бункере,

увеличением неравно-

Изучение влияния способа заполнения бункера на однородность получаемой смеси и неравномерность выдачи ее раздатчиком проводилось при различных скоростях перемещения смесителя-распределителя, что позволяло изменять количество слоев формируемого монолита от одного до шестнадцати. При этом неравномерность подачи кор мовых компонентов изменялось от 22 до 44%. Графики представленные на рис. 8. я 9 показывают характер зависимости данных показателей.

Из графиков видно, что увеличение скорости перемещения смесителя-распределителя, а следовательно, числа слоев формируемого монолита ведет к повышению однородности смеси как в бункере раздатчика, так и на выходе из него и снижению неравномерности выдачи корма раздатчиком, причем при повы-лении неравномерности подачи кормовых компонентов взаимосвязь данных показателей усиливается. В процессе послойной загрузки кормовой смеси в бункер раздатчика происходит сглаживание ее неоднородности и неравномерности в бункере. Оптимальное число слоев формируемого монолита 10-14, что соответствует скорости перемещения смесителя-распределителя 3,080-0,128 м/с, дальнейшее повышение числа слоев не оказывает существенного влияния на процесс.

дальнейшее увеличение характеризуется мерности заполнения бункера.

распределения кормовой смеси 8q от показателя кинематического режима Я при различных скоростях перемещения смесителя-распределителя иср: 1-иср=0,148 м/с; 2-Оср=0,074 м/с; 3-иср=0, 018 м/с; 4-иср=0, 009 м/с.

При исследовании процесса прессования кормовых смесей использовали проращенное соевое зерно, ячменную солому, многолетние травы естественных лугов.

Путем содержательного анализа был выделен ряд факторов, влияющих на изменение качественных и количественных показателей исследуемого процесса, к ним относятся: угловая

цски сога оон оощ ¡>е% до ¡а» </м/с

Рис.8. Влияние скорости перемещения смесителя

распределителя иср на однородность кормовой смеси в бункере раздатчика 9^6 и при выгрузке из него всш> при различной неравномерности подачи контрольного компонента уп: 1 - у„=22%, 2 - у„=44%, 3

- уп=60%, 4 - уп=77%; -

- в бункере; - - - - при выгрузке.

Рис.9. Зависимость неравномерности выдачи кормовой смеси от скорости перемещения смесигеля-распределите-ля иср при различной неравномерности подачи уп: 1 -уп=22%; 2 - у„=4 4 %; 3 -у„=60% ; 4 - Уп=77% .

скорость вращения шнека (со, с"1); длина канала (Ь, мм) и количество каналов (к) формующей головки; влажность брикетируемой массы (И, %).

В качестве критериев оптимизации выбраны: крошимость брикетов (Кр, %) и удельная мощность (Муд, Вт-ч/кг) .

Проведенные исследования по плану Коно позволили получить математические модели второго порядка, которые в раскодированной форме имеют вид:

- для крошимости брикетов (Уз.) :

Кр=91,169+0, 574-Ш-О, 264-Ь-7, 588-к-5, 495-У*--0, 031-Ь-к+0, 004-1^+0, 001-Ь2+0, 993-к2+0,136-И2 (76)

- для удельной мощности (У2) :

Ыуд=19, 848-0, 629-со+О, 457-Ь-2, 888-к+0,839-К-0, 024-юЛ*+0, 021-Ь-к-0, 008-1Ж+0, 017-<о2-0, 001-Ь2 (77)

Для выявления влияния факторов на процесс прессования кормовой смеси были построены поверхности отклика, сечения которых приведены на рис.10 и 11.

Установлено, что с увеличением угловой скорости вращения шнека и влажности брикетируемой массы крошимость увеличивается, а удельная .мощность снижается. Анализ показал, что наибольшее влияние на процесс прессования кормовой смеси оказывает длина канала формующей головки и влажность брикетируемой массы. Установленное влияние фактора к (количество каналов) показывает, что его необходимо учитывать при выборе параметра Ь (длина канала).

Рис. 10. Сечения поверхностей Рис.11. Сечения поверхно-крошимости брикетов ( —) и стей крошимости брикетов

удельной мощности (-) на (---) и удельной мощности

плоскость Х1Х4 при стабилиза- (-) на плоскость Х2Х3 при

ции Х2=0 (к=6).

(1>=140мм) и

хз-0 стабилизации Х^1 (©=41, 7с"1) и Х4=0 (И=21%).

Оптимальные значения факторов следующие: угловая скорость вращения шнека ® = 14,35с'1; длина канала формующей головки Ь=60 мм; количество каналов к=6; влажность брикетируемой массы »»=19, 2%.

Значения крошимости брикетов (Кр) и удельной мощности Шуя) равны соответственно 14,94% и 29,11 Вт-ч/кг.

Исследование производительности установки показало, что она увеличивается с увеличением угловой скорости вращения шнека и влажности кормовой смеси.

5.Производственные испытания, экономическая эффективность результатов исследований

В ходе производственных испытаний решались следующие задачи:

- обработка механизированных технологий проращивания соевого зерна, смешивание компонентов во взаимной связи с процессом раздачи кормовых смесей и их прессования;

- установление соответствия зоотехническим требованиям исследуемых процессов.

Производственные испытания проводились в хозяйствах Амурской области на фермах и комплексах крупного рогатого скота.

При этом установлено, что линии проращивания соевого зерна, смешивания и заполнения бункеров раздатчиков, а также прессования кормовых смесей обеспечивают требуемое качество выполнения процессов, менее энергоемки, более технологически надежны.

На основании проведенных исследований разработана поточно-технологическая линия приготовления и раздачи рассыпных и прессованных кормосмесей (рис.12)

Рис.12. Конструктивно-технологическая схема ПТЛ приготовления и раздачи кормовых смесей КРС

Сотрудничество с проектно-технологическими организациями позволило разработать техническую документацию на оборудование данной ПТЛ.

Согласно модели (3) максимальную прибыль от производства животноводческой продукции можно получить за счет снижения потерь продукции, вследствие снижения потерь пита-

тельных веществ при производстве и раздаче кормов. По процессам приготовления и раздачи кормов в нашем случае снижение потерь продукции достигается за счет:

- улучшения усвояемости и питательности кормовой смеси, путем ввода более питательных и легкоусваяемых компонентов (проращенного соевого зерна) и увеличения однородности смеси;

- совмещения технологических операций смешивания, измельчения и заполнения бункера раздатчика, что позволяет повысить однородность смеси, повысить точность дозирования кормораздатчиком, а также упростить состав ПТЛ;

- улучшения условий хранения кормовой смеси и увеличения коэффициента использования технологического оборудования при использовании прессованных кормосмесей;

- снижения энергоемкости процессов.

По предложенной экономико-математической модели был проведен расчет прибыли, получаемой за счет снижения потерь продукции. Результат расчетов показан в выводах.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Существующие в настоящее время технологии приготовления кормосмесей для крупного рогатого скота не отвечают современным требованиям по качеству получаемого продукта, вследствие потерь питательных веществ в процессе заготовки и хранения кормов, а также отклонения от заданных норм рациона, вследствие недостатка высокобелковых компонентов и низкого качества смешивания кормов.

2. Анализ существующих линий приготовления и раздачи рассыпных и прессованных кормосмесей крупному рогатому скоту показал, что первые имеют низкий коэффициент технического использования, так как эксплуатируются только в зимне-стойловый период, а вторые - энерго- И металлоемки ввиду необходимости осуществления искусственной сушки травы и применения прессов нерациональной конструкции.

3. На основе разработанных теоретических аспектов процессов приготовления м раздачи кормовых смесей определены пути повышения эффективности функционирования системы корм-пения животных от стадии выращивания кормовых культур в естественных и искусственных условиях до стадии приготовления, хранения и раздачи кормовых смесей.

4. На основании проведенного анализа разработана ра-диональная технологическая схема приготовления и раздачи высокобелковых кормовых смесей, включающая технологии про-эащивания соевого зерна, смешивания компонентов в процессе заполнения бункера раздатчика, прессования кормовых смесей

и обеспечивающая их получение в рассыпном и прессованном■в виде в зависимости от времени года.

5. Установлено, что проращивание соевого зерна наиболее целесообразно осуществлять на установках, включающих замкнутую транспортную систему перемещения соевого зерна, устройства вентиляции и орошения. Оптимальными условиями проращивания сои являются: продолжительность Д=5 суток, влажность N=90%, температура в слое зерна Т=28°С, высота слоя Н=140 мм. При этом удельный прирост массы замоченного зерна равен шуд=1,789 кг/кг, а удельное содержание витамина С равно С=0,194 иг/т.

6. Наиболее целесообразно совмещение операций смешивания кормовых компонентов, их измельчения и послойного заполнения бункера раздатчика.

Установлено, что процессе заполнения бункера раздатчика кормовой смесью горизонтальными.слоями в нем происходит сглаживание неоднородности количественного и качественного состава кормовой смеси. Причем, однородность смеси и' неравномерность распределения корма зависят от количества слоев формируемого монолита.

Заполнение бункера раздатчика рационального производить с помощью смесителей-распределителей молоткового типа, обеспечивающих формирование кормового монолита с наклонным и горизонтальным расположением слоев.

При оптимальных значениях параметров смесителя-распределителя и количестве загружаемых слоев не менее 10, качественные показатели работы раздатчика соответствуют зоотехническим требованиям.

7. Обоснована технология и средства механизации прессования высокобелковых кормовых смесей. Установлено, что приготовление прессованных кормовых смесей наиболее целесообразно осуществлять в пресс-брикетировщиках с формующей головкой, выполненной в виде барабана с продольными пазами. С целью обеспечения наилучших условий прессования установлены следующие параметры: влажность брикетируемой массы N=19,2%; количество каналов формующей головки к=6; длина

канала Ь=60 мм; угловая скорость вращения шнека <в=14,35с-1. При этом значение крошимости брикетов Кр=14,94% и удельной мощности =29,11 Вт-ч/кг.

8. Полученные на основании экспериментальных данных математические модели регрессии удельного прироста массы и удельного содержания витамина С для процесса проращивания зерна сои, однородности смеси и средневзвешенного размера частиц для процесса смешивания кормов, крошимости брикетов и удельной мощности для процесса прессования кормов, а также теоретические зависимости, полученные для данных процессов позволяют оценить воздействие технологических и конст-

руктивных параметров на исследуемые процессы и определить на стадии проектирования конструктивно-режимные параметры, используемых технических средств

9. Производственные испытания разработанных технологий и средств механизации, защищенных четырьмя авторскими свидетельствами на изобретения показали, что они выполняют процессы в пределах зоотехнических требований, позволяют снизить энергоемкость и металлоемкость, а также повысить коэффициент технического использования оборудования линии приготовления и раздачи кормовых смесей.

10. Экономическая эффективность от использования результатов научных исследований, за счет получения дополнительной продукции составляет 496800000 руб. (в ценах января 1997 г).

Материалы диссертации отражены в 2 6 печатных работах. Основными из них являются следующие:

1. Курков Ю.Б. Пути повышения качественных показателей работы мобильных раздатчиков //В кн.: Ученые БСХИ - сельскохозяйственному производству. Сборник статей о передовом производственном опыте. - Благовещенск, 1988. - с. 39-45.

2. Доценко С.М., Курков Ю.Б. Технологическая линия приготовления и раздачи кормов //Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1989. - № 12. - с. 21-22.

3. Доценко С.М., Курков Ю.Б. Смеситель-распределитель кормов . Информационный листок о научно-техническом достижении № 8 9-9, Амурский ЦНТИ,. .198 9.

4. Курков Ю.Б. Теоретическое обоснование конструктивно-режимных параметров смесителя-распределителя кормов //В кн.: Механизация работ в животноводстве. -Благовещенск, 1994 - с. 1-8.

5. Курков Ю.Б. Исследование заполнения бункера битерного кормораздатчика кормовой смесью //В кн.: Механизация и электрификация работ в животноводстве. Сб. научн.тр. - Благовещенск, 1994 - с. 3-6.

6. Доценко С.М., Курков Ю.Б., Бурмага A.B., Самуйло В.В., Фролов В.Ю., Сохимо В.Е. Поточно-технологическая линия приготовления и раздачи кормов //В кн. Механизация технологических процессов в животноводстве. - Благовещенск, 1996. -с. 42-46.

7. Доценко С.М., Курков Ю.Б., Бибик И.В. Технология производства соевых ростков //В кн. Механизация технологических процессов в животноводстве - Благовещенск, 1996- с. 66-7 6.

8. A.c. 1443884 СССР. Бункер-накопитель //С.М. Доценко, Ю.Б. Курков. - Опубл. в Б.И., 1988, № 46.

9. A.c. 1450794 СССР. Устройство для распределения корма //С.М. Доценко, Ю.Н. Нагорный, Ю.Б. Курков. - Опубл. в Б.И., 1989, № 2.

10. A.c. 1535457 СССР. Устройство для загрузки кормов //С.М. Доценко, Ю.Б. Курков, Ю.Н. Нагорный. - Опубл. в Б.И., 1990, №2.

11. A.c. 1741656 СССР. Измельчитель кормов //С.М. Доценко, Н.Г. Херуимов и Ю.Б. Курков. - Опубл. в Б.И., 1992, № 23.

12. Курков Ю.Б. Классификация и анализ устройств для загрузки бункеров кормораздатчиков и бункеров-накопителей //В кн.: Проблемы комплексной механизации с.-х. производства Дальнего Востока. - Благовещенск, 1990. - с. 104-112.

13. Курков Ю.Б., Доценко С.М. Результаты экспериментальных исследований рабочего процесса смесителя-распределителя //В кн. Механизация работ в животноводстве. Сб. научн.тр., НТП «Технология». - Благовещенск, 1994. - с. 9-15.

14. Доценко С.М., Курков Ю.Б., Бибик И.В. Исследование процесса проращивания соевого зерна //Сб. науч. тр. - ДальГАУ Благовещенск, 1996.

15. Курков Ю.Б. Пути повышения эффективности работы кормоцехов //В кн.: Механизация и электрификация технологических процессов в с.-х. производстве. Сб. научн.тр. - Благовещенск, ДальГАУ, 1995 - с. 40-43.

16. Курков Ю.Б., Бурмага A.B., Фролов В.КЗ. Поточно-технологическая линия приготовления кормов //Сб. научн.тр., ДальГАУ. - Благовещенск, 1995. - с. 54-55.

17. Курков Ю.Б., Доценко С.М. Обоснование очистительно-сортирующего устройства корнеклубнеплодов. Сборник научных трудов ДальГАУ: Благовещенск, 1996. - с. 31-36.

18. Курков Ю.Б. Совершенствование процессов приготовления и раздачи кормовых смесей крупному рогатому скоту //Деп. рук. № 104 ВС - 96 НИИТЭИагропром, 1996. - 17 с.

19. Доценко С.М., Курков Ю.Б. Научные основы процессов производства и раздачи кормов животным //Механизация технологических процессов в животноводстве. - Благовещенск, 1997-с. 72-82.

20. Доценко С.М., Курков Ю.Б., Самуйло В.В., Бибик И.В., Обзор средств механизации производства биологической массы в исскуственных условиях //В кн.: Механизация технологических процессов в животноводстве - Благовещенск, 1997. - с. 82-93.

21. Доценко С.М., Конченко Н.Ф., Филонов Р.Ф., Курков Ю.Б., Бибик И.В. и др. Размерные характеристики соевого зерна //В

кн.: Механизация технологических процессов в животноводстве - Благовещенск, 1997.

22. Доценко С.М., Курков Ю.Б., Бибик И.В. Результаты проращивания соевого зерна //В кн.: Механизация технологических процессов в животноводстве - Благовещенск, 1997 - с. 97102.

23. Доценко С.М., Курков Ю.Б., Бибик И. В. Повышение эффективности производства комбикормов-концентратов: Механизация технологических процессов в животноводстве - Благовещенск, 1997.

24. Доценко С.М., Курков Ю.Б., Якименко A.B. Математические модели прессования кормовых смесей и их анализ //В кн.: Механизация технологических процессов в животноводстве - Благовещенск, 1997.