Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 7
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 14
-
Эффективность использования кормосмесей и комбинированного силоса для скармливания крупному рогатому скоту 14
-
Анализ технологий приготовления кормовых смесей
в кормоцехах 23
-
Анализ схем приготовления комбинированного силоса для крупного рогатого скота 33
-
Анализ средств механизации для обработки различных видов кормов при приготовлении кормосмесей
и комбинированного силоса 42
-
Анализ выполненных теоретических исследований по изучению процессов измельчения кормов 63
-
Постановка проблемы. Цель работы и задачи исследования 72
2. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОНЕНТОВ
КОРМОВЫХ СМЕСЕЙ 75
-
Программа и методика исследований 75
-
Методика экспериментальных исследований механических и технологических свойств початков и стеблей кукурузы 76
-
Методика определения краевого угла смачивания 81
-
Определение основных физико-механических характеристик корнеплодов 82
-
Определение коэффициентов сцепления корнеплодов 87
-
Методика экспериментального определения коэффициента трения стеблей соломы 90
-
Результаты определения физико-механических свойств компонентов, входящих в кормовые смеси 92
Выводы 100
3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И СРЕДСТВ
МЕХАНИЗАЦИИ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И СМЕШИВАНИЯ
КОРМОВ 102
-
Модель функционирования технологических линий для приготовления кормовых смесей и комбинированного силоса 102
-
Параметрическая модель 107
-
Энергетическая модель 111
-
Теоретическое обоснование процессов измельчения
и смешивания 113
3.4.1. Обоснование процесса измельчения початков кукурузы 113
-
Конструктивные особенности комбинированного измельчителя и измельчающего аппарата для резания с вибрациями 113
-
Траектория движения ножей при резании с вибрацией 117
-
Скорость резания и параметры вибрации 119
-
Геометрия режущего лезвия 124
-
Величина подачи на один рез и количество
ножей на барабане 127
-
Обоснование режимов обработки измельченной массы жидкими консервантами 130
-
Энергетическая оценка технологического процесса заготовки зерно-стержневой смеси для приготовления комбинированного силоса 135
3.4.2. Обоснование процесса измельчения стебельных кормов 137
3.4.2.1. Разработка и обоснование конструктивно-технологической
схемы измельчающего аппарата 137
3.4.2.2. Сравнительный анализ конструкций
разрушающих элементов 139
-
Траектория движения разрушающих элементов 143
-
Скорость резания и скорость подачи материала 150
-
Геометрия разрушающих элементов 154
-
Величина подачи на один рез 161
-
Взаимодействие измельчаемой массы с разрушающим элементом 164
-
Определение пропускной способности роторного измельчителя 168
-
Энергетическая оценка роторного
измельчающего аппарата 170
3.4.3. Теоретическое обоснование конструктивной схемы
измельчителя корнеплодов 171
-
Описание конструкции измельчителя 171
-
Условие защемления корнеплодов
в измельчающем аппарате 172
-
Влияние скорости резания на процесс измельчения 175
-
Влияние геометрических параметров ножей
на процесс измельчения 177
-
Определение коэффициента использования длины ножа 182
-
Силы, действующие при измельчении корнеплодов 184
-
Определение пропускной способности измельчителя 189
-
Определение расстояния между блоками ножей 191
3.4.4. Обоснование процесса смешивания 192
3.4.4.1. Конструктивные особенности измельчителя-смесителя 192
3.4.4.2. Резание материала в измельчителях вертикального ти
па 193
-
Силовое взаимодействие ножа и материала в момент начала резания 195
-
Движение частиц материала в рабочей камере измельчителя-смесителя 199
-
Пропускная способность измельчителя-смесителя 204
-
Определение мощности привода измельчителя-смесителя 206
Выводы 209
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ И СРЕДСТВ
МЕХАНИЗАЦИИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОРМОВЫХ СМЕСЕЙ В
ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ 212
-
Программа и методика исследований 212
-
Лабораторные исследования процесса измельчения початков кукурузы комбинированным рабочим органом с вибрациями 213
-
Выбор управляемых факторов 213
-
Выбор уровней варьирования факторами 217
-
Реализация плана эксперимента 218
-
Приборы, аппаратура и методика сбора
первичной информации 220
-
Обработка результатов эксперимента и составление математической модели с расчетом оптимальных режимов работы измельчителя 222
-
Методика оценки качества измельчения 225
4.2.7. Методика определения расхода консерванта и равномерности
его внесения 227
4.3. Лабораторные исследования процесса измельчения
грубых кормов 229
-
Методика энергетической оценки процесса измельчения 229
-
Получение математической модели рабочего процесса 232
4.4. Лабораторные исследования процесса измельчения
корнеплодов 233
4.4.1. Описание экспериментальной установки и контрольно-
измерительных приборов 233
-
Выбор управляемых факторов и уровней их варьирования... .235
-
Методика получения математической модели
рабочего процесса 237
4.5. Лабораторные исследования процесса смешивания 239
4.6. Результаты исследования процессов измельчения початков
кукурузы, грубых кормов и корнеплодов 241
4.6.1. Результаты исследования процесса измельчения початков
кукурузы с вибрацией основного рабочего органа 241
4.6.2. Результаты исследования процесса измельчения
грубых кормов 250
-
Результаты исследования процесса измельчения корнеплодов 255
-
Результаты исследования процесса смешивания 257
Выводы 259
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ
КОМБИНИРОВАННОГО СИЛОСА И КОРМОВЫХ СМЕСЕЙ
КРУПНОМУ РОГАТОМУ СКОТУ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
УСЛОВИЯХ. ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И КОМПЛЕКТА
МАШИН В ПРОИЗВОДСТВО И ИХ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ
ЭФФЕКТИВНОСТЬ 261
-
Программа и методика исследований 261
-
Результаты испытаний средств механизации для измельчения и смешивания компонентов кормовых смесей 262
-
Результаты испытаний комбинированного измельчителя 263
-
Результаты испытаний роторного измельчителя 267
-
Результаты испытаний измельчителя корнеплодов 272
5.2.4. Результаты испытаний комплекта машин для приготовления
кормовых смесей и комбинированного силоса 276
5.3. Определение экономической эффективности внедрения техноло
гии приготовления комбинированного силоса и предлагаемых средств
механизации 280
Выводы 287
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 289
ЛИТЕРАТУРА 296
ПРИЛОЖЕНИЯ 314
Введение к работе
В настоящее время одной из наиболее актуальных проблем является обеспечение населения продуктами животноводства. Успешное решение этой проблемы - задача не только экономическая, но и политическая, так как она напрямую связана с национальной безопасностью. Для полного удовлетворения потребности в мясо-молочных продуктах необходимо развивать скотоводство, что, в свою очередь, связано с созданием прочной кормовой базы, поскольку обеспечение животных полноценными кормами, сбалансированными по питательности в соответствии с запланированной продуктивностью, является одним из решающих условий увеличения производства и улучшения качества продуктов животноводства, а также повышения его эффективности.
Определяющая роль кормов в животноводстве связана и с тем, что на их долю приходится больше половины себестоимости продукции животноводства.
Успешное функционирование ферм во многом зависит от полноценности кормления животных. Умелое и рациональное использование кормов должно быть в центре внимания при производстве продукции животноводства.
Важнейшим условием рационального использования кормов является сбалансированность рационов по основным питательным веществам, протеину, макро- и микроэлементам, витаминам. В этом смысле наиболее эффективны полнорационные кормосмеси, являющиеся основой высокой продуктивности скота, получения дешевого молока и мяса. Применение кормосмесей позволяет расширить использование растительных отходов, повысить поедаемость и переваримость кормов, на 10...26 % увеличить продуктивность животных и на 15...20 % снизить расход кормов на единицу получаемой продукции. Одновременно становится возможным повысить процент механизации основ- ных и вспомогательных операций по приготовлению и раздаче кормов и снизить затраты труда.
Другим условием успешного решения этой задачи является совершенствование технологий и оптимизация подбора машин, оборудования для кормоцехов. Актуальность выполнения этого условия диктуется большой энергоемкостью животноводства. Отношение затрат энергии, приходящихся на животноводство, к аналогичному показателю в растениеводстве в настоящее время даже в высоко развитых странах составляет примерно 2,6...3,0 к 1. Удельный вес процессов приготовления и раздачи кормов в совокупных затратах энергии на молочное скотоводство колеблется от 12 до 22 %. На корма приходится до 75...80 % в структуре себестоимости прироста живой массы животных и более 50 % в себестоимости молока. Причем в связи с постоянным ростом цен на энергоносители происходит постепенное увеличение приведенных выше показателей. Поэтому использование машин, позволяющих обрабатывать корма с минимальными затратами энергии, является одним из ключей к решению поставленной задачи.
Создание надежной кормовой базы связано не только с увеличением производства фуражного зерна, грубых и сочных кормов, но и с улучшением структуры рационов.
В кормовом балансе ферм мясного и молочного Направлений значительную долю составляют корма из кукурузы. До последнего времени это были, главным образом, фуражное зерно и силос, используемые для приготовления комбикормов, влажных мешанок и других кормосмесей.
Передовой опыт и результаты научных исследований показывают, что заготовка кормов из кукурузы в виде зеленого корма и кукурузного силоса приводят к большим потерям в процессе хранения, большому недобору кормов с единицы угодий вследствие уборки кукурузы до достижения фазы максимального выхода питательных веществ.
В нашей стране и за рубежом разработан ряд новых технологий заго- товки кормов из кукурузы, позволяющих заметно снизать риск, связанный с неполным ее созреванием. При этом становится реальным повысить сбор кормов в единицы площади на 15...20 % и на столько же снизить их потери при хранении и переработке. Энергоемкость процессов представляется возможным снизить на треть [181].
К прогрессивным энергосберегающим технологиям заготовки кормов из кукурузы относятся: химическое консервирование влажной зерно-стержневой смеси, приготовление комбинированного силоса с измельченными початками кукурузы в более поздней фазе спелости, силосование зеленой массы кукурузы при более тонком ее измельчении и др.
Большое значение для эффективного кормления животных имеет качество измельчения. Переизмельчение корма приводит к увеличению затрат энергии и потерям при скармливании, а недоизмельченный корм плохо поедается и усваивается животными, вызывает большие потери питательных веществ при хранении.
Исследованиям процесса измельчения различных кормов посвящены работы многих отечественных и зарубежных ученых, среди которых можно отметить В.П. Горячкина, П.А. Ребиндера, П. Риттингера, В.Л. Кир-пичёва, В.А. Желиговского, В.А. Зяблова, СВ. Мельникова, Н.Е Резника, М.Б. Фабриканта и многих других. Но, несмотря на это, промышленностью выпускаются кормоизмельчающие машины, имеющие все еще высокую энергоемкость и металлоемкость, низкую технологичность, а качество измельченного материала не всегда полностью отвечает зоотехническим требованиям. До сих пор нет полного обоснования как конструктивных параметров, так и наиболее эффективных режимов работы измельчителей, не учитывается разнообразие физико-механических характеристик исходных кормовых материалов.
Важную роль в технологических процессах приготовления кормо-смесей играет операция смешивания. Теоретические основы ее совершенствования, а также разработки средств механизации приготовления кормо- вых смесей изложены в работах A.M. Григорьева, Р.Л. Зенкова, А.А. Лапшина, Е.А. Раскатова, П.К. Жевлакова, Г.М. Кукты, Ф.К. Новобранцева, Ф.Г. Стукалина, А.Ш. Финкелынтейна, СВ. Мельникова и многих других ученых. Результаты смешивания сказываются как на продуктивности животных, так и на сохранности кормов. Данная операция требует дополнительных затрат энергии, которые относятся на себестоимость корма. В то же время существующие смесители малопроизводительны и не всегда обеспечивают требуемого качества смеси.
В связи с вышеизложенным изучение и совершенствование измельчителей и смесителей кормов, их рабочих органов, направленное на повышение пропускной способности машин и снижение энергоемкости при сохранении определяемом зоотехническими требованиями качества является актуальной и важнейшей народнохозяйственной задачей.
Однако с помощью даже самых лучших машин нельзя комплексно решить проблему повышения эффективности животноводства. Только рациональное сочетание оптимального набора средств механизации и соответствующих технологических приемов, обеспечивающих минимальную себестоимость продукции при максимальном ее производстве, дает ключ к решению данной проблемы.
Цель настоящей работы - повышение эффективности приготовления кормовых смесей для крупного рогатого скота и комбинированного силоса путем разработки энергосберегающих технологических приемов и средств механизации для измельчения и смешивания кормов.
В работе проведен анализ технологий приготовления кормовых смесей и комбинированного силоса, а также средств механизации для выполнения основных операций технологического процесса подготовки его компонентов. Это позволило выявить узкие места технологий и средств механизации для последующего совершенствования на основе более углубленных исследований в определенных направлениях.
Основными полученными результатами являются: технология приготовления кормовых смесей, в частности, комбинированного силоса, включающая измельчение початков кукурузы, корнеплодов, зеленых или грубых кормов и смешивание компонентов на заключительном этапе процесса; технологические приемы и оптимальные параметры процессов измельчения и смешивания компонентов комбинированного силоса, а также внесения в силосуемую массу химических консервантов; технологические линии и средства механизации приготовления комбинированного силоса.
В работе предложены показатель оценки качества и параметр оптимизации технологического процесса измельчения кормового сырья, учитывающий повышение питательной ценности готового корма при одновременном выполнении в одной машине обработок различного вида. Разработана методика определения механических свойств початков, стеблей кукурузы и корнеплодов с применением теории Мора и вычислительной техники.
Теоретически обоснована и экспериментально проверена конструктивно-технологическая схема измельчителя кормов с использованием вибраций основного рабочего органа. Получены выражения для определения скорости резания, угла скольжения ножей, величины подачи на один рез в зависимости от конструктивных параметров и режимов работы предлагаемого измельчителя.
Дано теоретическое обоснование режимов обработки измельченной массы жидкими консервантами, которое реализовано в конструкции комбинированного измельчителя, выполняющего одновременно химическую обработку исходного сырья.
Теоретически обоснована и экспериментально проверена конструкция многоплоскостного разрушающего элемента, а также технологическая схема процесса измельчения рабочим органом роторного типа. Получены выражения для определения скорости резания и транспортирования мате- риала, подачи на один рез в зависимости от обоснованных режимов работы машины и конструктивных параметров предлагаемых разрушающих элементов.
Определены коэффициенты трения различных поверхностей стебельных кормов по разным материалам. Изучено влияние влажности материала на энергозатраты при ударно-скользящем резании в измельчающем аппарате роторного типа.
В ходе теоретических и экспериментальных исследований также были получены следующие основные результаты: конструктивно-технологическая схема измельчителя корнеплодов транспортерно-ножевого типа; математическая модель и теоретическое описание процесса измельчения корнеплодов транспортерно-ножевым измельчителем; проведены исследования физико-механических свойств измельчаемых корнеплодов; определены конструктивные и кинематические параметры измельчителя транспортерно-ножевого типа.
На основе разработанных и апробированных средств механизации предложены оптимальные технологические приемы приготовления кормовых смесей и комбинированного силоса крупному рогатому скоту.
Автор выносит на защиту следующее:
1. Технологические приемы приготовления комбинированного силоса, включающие приемы приготовления зерно-стержневой смеси из початков кукурузы, подготовки корнеплодов, зеленых или грубых кормов, а также обработки измельченной массы жидкими консервантами и смешивания компонентов кормовых смесей.
Теоретически и экспериментально обоснованный технологический процесс измельчения початков кукурузы и его оптимальные параметры.
Теоретически и экспериментально обоснованный технологический процесс измельчения зеленых и грубых кормов и его оптимальные параметры.
Теоретически и экспериментально обоснованный технологический процесс измельчения корнеплодов и его оптимальные параметры.
Теоретически и экспериментально обоснованный технологический процесс смешивания компонентов комбинированного силоса и его оптимальные параметры.
Комплексный показатель оценки качества работы машин и разработанный на его основе параметр оптимизации технологического процесса измельчения кормов.
