Введение к работе
Актуальность темы. Для производства животноводческой продукции используются различные виды кормов: грубые, сочные, концентрированные. В силу некоторых преимуществ (высокая урожайность, легкая усвояемость, хорошая поедаемость, благотворное влияние на физиологическое состояние животных) ценным видом сочных кормов являются корнеклубнеплоды. При переработке корнеплодов, в том числе подготовке к скармливанию, обязательным является их измельчение.
Согласно зоотехническим требованиям корнеклубнеплоды измельчают до частиц 10…15 мм для крупного рогатого скота, 5…10 мм для свиней и 4…5 мм - для птицы. Однако анализ существующих на сегодняшний день измельчителей показал, что они отличаются большой энергоемкостью, сложностью конструкции, невысокой производительностью. Измельченный в большей части таких машин корм, не соответствует зоотехническим требованиям из-за фракции, близкой к кашеобразной, что ведет к потере сока и питательных веществ.
Поэтому предлагаемая работа, направленная на разработку и исследование измельчителя корнеклубнеплодов, позволяющего получать корм, соответствующий зоотехническим требованиям, для всех групп животных с минимальными энергозатратами, является актуальной.
Степень разработанности темы. Изучение процессов измельчения и конструкций измельчителей неоднократно проводилось многими авторами: Горячкиным В. П., Алешкиным В.Р., Босым Е. С., Бремергом Г. И., Василенко И. Ф., Вольваком С. Ф., Ермичевым В. А., Желиговским В. А., Зябловым В. А., Ивашковым А. А., Кононовым Б. В., Кузьмовым Н. Т., Куктой Б. М., Кузьминым А.В., Курдюмовым В. И., Лемаевой М.Н., Липинским В. И., Матвеевым А.И., Мейлахс И. И., МещеряковымБ. В., Мишинским В. И., Мянде А. Э., Не-крашевичем В. Ф., Новиковым Г. И., Прокопцевым П. И., Резником Н. Е., Саб-ликовым М. В., Титенком А. В., Тищенко И. И., Улановым И.А., Шаповаловым В.И., Шухановым С. Н, Ядревским А. П., и др.
Из анализа научных работ ясно, что усилие резания и мощность, затрачиваемая на него, зависят от большого числа факторов, а в некоторых случаях отсутствует единое однозначное мнение о влиянии отдельных факторов на процессы резания корнеплодов, а процесс измельчения корнеклубнеплодов нуждается в проведении дополнительных исследований.
Цель работы. Совершенствование конструкции и обоснование основных параметров измельчителя корнеклубнеплодов для приготовления кормов к скармливанию животным и птице в условиях фермерских хозяйств, обеспечивающего снижение энергетических и материальных затрат (потери кормов) и повышение качества продукта.
В связи с поставленной целью в настоящей работе решались следующие
научно-практические задачи:
- разработать конструкционное решение измельчителя корнеклубнеплодов для фермерских хозяйств;
провести теоретические исследования резания при измельчении корне-клубнеплодов;
теоретически определить оптимальные условия защемления клубня;
- экспериментально определить оптимальные параметры и режимы ра
боты измельчителя корнеклубнеплодов;
- разработать рекомендации по использованию измельчителя корне
клубнеплодов;
- провести апробацию измельчителя корнеклубнеплодов в хозяйстве.
Объекты исследования: процессы резания и защемления корнеклубне
плодов.
Предмет исследования: влияние угла защемления и параметров корнеклубнеплодов на энергоёмкость рабочего процесса измельчения.
Методология исследований. На основе системного подхода к комплексу теоретических и экспериментальных результатов, полученных при помощи классических математических, физических, статистических методов, а также экспериментальных исследований в лабораторных условиях, проведённых в соответствии с действующими стандартами и разработанными частными методиками.
Информационной базой исследования явились: нормативно-законодательные документы; данные, опубликованные в работах вышеназванных исследователей; аналитические материалы научно-исследовательских организаций России и других стран; информация, размещенная на официальных сайтах Министерства сельского хозяйства РФ; научно-образовательных организаций, занимающихся проблемами развития сельского хозяйства.
Научная новизна:
- разработан измельчитель корнеклубнеплодов для использования в
фермерских хозяйствах. Новизна измельчителя подтверждена патентами РФ
№ 2545819 на изобретение «Измельчитель корнеклубнеплодов» и № 140129
на полезную модель «Измельчитель кормов»;
- получено аналитическое выражение: (2) для определения оптимальной
величины угла наклона стенки бункера (угла защемления корнеплода), обес
печивающего минимальное соковыделение;
выведена аналитическая зависимость (10) для определения режущей силы в зависимости от параметров измельчаемого клубня;
экспериментально получены уравнения (12), (13) для определения режущей силы в зависимости от частоты вращения ножа:
построен теоретический профиль кромки горизонтальных ножей в зависимости от его окружной скорости (рис. 10);
получены математические модели (18), (19), (20), анализ которых позволил зафиксировать следующие оптимальные значения параметров измельчителя: угол резания горизонтальных ножей = 45, количество горизонтальных ножей N = 3 и скорость резания Vр = 12 м/с при измельчении корнеклубнеплодов для птицы; угол резания горизонтальных ножей = 25, количество горизонтальных ножей N = 2 и скорость резания Vр = 12 м/с при измельчении корнеклубнеплодов для КРС; угол резания горизонтальных ножей
= 35, количество горизонтальных ножей N = 2 и скорость резания Vр = 10 м/с при измельчении корнеклубнеплодов для свиней.
Практическая значимость работы:
использование разработанного измельчителя в фермерских хозяйствах, позволяет повысить на 10…15% производительность труда при подготовке корнеклубнеплодов к скармливанию для животных и птицы, а также снизить на 5…10% энергоемкость рабочего процесса;
расчетный годовой экономический эффект от применения измельчителя корнеклубнеплодов в ЗАО «Покровская слобода» Нижегородской области в сравнении с прототипом - измельчителем ИКП-1,5 составит 23397 руб/год.
Реализация результатов исследований:
- экспериментальный образец измельчителя апробирован в ЗАО «Покров
ская слобода» Нижегородской области и рекомендован к внедрению.
Степень достоверности подтверждена: использованием потенциала Центра энергоаудита с лабораторией энергетических обследований, организованных в Нижегородском государственном инженерно-экономическом университете; сертифицированных Госстандартом РФ поверяемых в установленном порядке средств измерения, а также результатами экспериментальных исследований и апробацией измельчителя в ЗАО «Покровская слобода» Нижегородской области.
Положения, выносимые на защиту:
конструкционное решение измельчителя корнеклубнеплодов;
результаты теоретических исследований резания корнеклубнеплодов;
результаты теоретического определения оптимальных условий защемления клубня;
- результаты экспериментального определения оптимальных парамет
ров и режимов работы измельчителя;
Апробация. Основные положения диссертационного исследования докладывались и обсуждались на Международных научно-практических конференциях в Нижегородском ГИЭУ (г. Княгинино, 2011…2017 гг.), в ВНИИМЖ (г. Подольск, 2014 г.), на 18-й Нижегородской сессии молодых ученых (Нижегородская область, Арзамасский район, 2013 г.); «Современное общество, образование и наука» в ООО «Консалтинговая компания Юком» (г. Тамбов, 2014 г.).
Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 9 печатных работах, в том числе авторских; четыре работы опубликованы в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ, патенте на изобретение и патенте на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Объем диссертации составляет 159 страниц машинописного текста. Работа содержит 8 таблиц, 51 рисунок и 11 приложений. Список литературы включает 113 источников.