Підвищення якості функціонування механізованих процесів приготування кормів на молочних фермах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Українська академія аграрних наук

Національний науковий центр

"Інститут механізації та електрифікації сільського господарства"

УДК 631.636.636.085

ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ ФУНКЦІОНУВАННЯ

МЕХАНІЗОВАНИХ ПРОЦЕСІВ ПРИГОТУВАННЯ КОРМІВ

НА МОЛОЧНИХ ФЕРМАХ

05.05.11 - Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

ШАЦЬКИЙ ВІКТОР ВАСИЛЬОВИЧ

Глеваха - 2004



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті механізації тваринництва Української академії аграрних наук.

Захист відбудеться "_26__"_січня____ 2005 р. о _13_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 27.358.01 при ННЦ "Інститут механізації та електрифікації сільського господарства" УААН ауд. 613 за адресою: 08630, вул. Вокзальна, 11, с.м.т. Глеваха, Васильківський район, Київська область.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці ННЦ "Інститут механізації та електрифікації сільського господарства" УААН за адресою: 08630, вул. Вокзальна, 11, с.м.т. Глеваха, Васильківський район, Київська область.

Автореферат розісланий "24" грудня 2004 р.

Вчений секретар

Спеціалізованої вченої ради

канд. техн. Наук Адамчук В.В.



АНОТАЦІЯ

Шацький В.В. Підвищення якості функціонування механізованих процесів приготування кормів на молочних фермах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Інститут механізації тваринництва УААН, Запоріжжя, 2004. ферма корм тваринництво молочний

Дисертація присвячена розробці методології оптимізації технологічних рішень, параметрів механізованих процесів і технічних засобів приготування кормів, що забезпечують задані рівні якості приготування їх на фермі і продуктивність тварин, а також ефективність виробництва продукції тваринництва на етапі проектування.

Виробництво тваринницької продукції розглядається як сложна многорівнева біотехнічна система виробничих процесів етапів життєвого циклу її продукції з елементами виробництва, які також проходять ці етапи.

Розроблені математичні моделі технологічних процесів дозованої видачі подрібнених стеблових та сипких кормів, мікронізації соєвих бобів, механічної очистки коренеплодів та приймання грубих стеблових кормів із самоскидних транспортних засобів підвищеної місткості. Моделі виявляють функціональні показники якості цих технологічних процесів в залежності від стану корму та параметрів обладнання. Виявлено їх вплив на продуктивність тварин.

Розроблено метод оптимізації, обґрунтовані параметри процесів, розроблено і створено обладнання для приготування кормів, які підвищили якість приготування кормів на фермі.

Ключеві слова: виробництво, модель, система, якість, технологічний процес, дозована видача, механічна очистка, мікронізація, приймання, параметри, обладнання, продукція, оптимізація



АННОТАЦИЯ

Шацкий В.В. Повышение качества функционирования механизированных процессов приготовления кормов на молочных фермах.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.05.11 - Машины и средства механизации сельскохозяйст-венного производства. Институт механизации животноводства УААН, Запорожье, 2004.

Диссертация посвящена разработке методологии оптимизации технологических решений, параметров механизированных процессов и технических средств приготовления кормов, обеспечивающих задаваемые уровни качества их приготовления и продуктивности животных на этапе проектирования производства продукции.

Производство животноводческой продукции рассматривается как сложная многоуровневая биотехническая система производственных процессов этапов ее жизненного цикла с элементами производства (работники, основные средства, материализованные оборотные средства и животные) также проходящими этапы жизненного цикла, из которых четыре последних являются составной частью цикла продукции основного производства.

Разработан метод оптимизации параметров технологических процессов приготовления кормов в системе жизненного цикла продукции животноводства и технических средств, где целевой функцией является максимум качества их выполнения, определяемое комплексным показателем, оценивающим степень удовлетворения требований производительности и технологичности производства, уровень потерь, полезность выполнения и влияние на окружающую среду. Метод позволяет на этапе проектирования продукции животноводства, задаваясь продуктивностью животных (коров), определять требования к качеству скармливаемого корма и к линиям их приготовления.

Проведенная количественная оценка влияния функционального показателя качества технологических процессов приготовления кормов на продуктивность животных показала, что наибольшее влияние на него оказывает неравномерность распределения кормов, несущих основную питательную и энергетическую нагрузку, а также равномерность смешивания компонентов рациона.

Дан анализ затрат в энергетическом и стоимостном выражениях стацио-нарной и мобильной технологий приготовления кормов на животноводческих фермах крупного рогатого скота, который определил их правомочность.

Разработаны математические модели технологических процессов дозированной выдачи измельченных стебельчатых и сыпучих кормов, микронизации соевых бобов, механической очистки корнеплодов и приема грубых стебельных кормов от самосвальных транспортных средств увеличенной вместимости, определяю-щие функциональные показатели качества этих технологических процессов в зависимости от состояния корма (фракционного состава, колебаний плотности, влажности, геометрических параметров кормового потока) и характера взаимодействия его частиц с рабочими органами оборудования. Достоверность разработанных моделей подтвердили результаты экспериментальных исследований.

Моделирование процессов с определением и минимизацией степени отрицательного влияния различных факторов на качество выполнения процесса позволило обосновать технологические решения и их параметры, обеспечивающие требуемые показатели качества приготовления корма на животноводческих фермах.

Повышению качества дозированной выдачи кормов способствует уменьшение площади поперечного сечения формируемого кормового потока. Требуемая остаточная загрязненность корнеплодов обеспечивается при вращении их со скольжением на перемещающейся наклонной шипованной поверхности. Прием грубых стебельных кормов из транспортных самосвальных средств увеличенной вместимости в бункер питателя целесообразно совместить с формированием порции при деформировании нижних слоев балочным приемным устройством, совершающим возвратно-поступательное движение над днищем бункера.

Результаты проведенных исследований использованы при усовершенство-вании бункера - дозатора измельченных стебельных кормов БДК-Ф-70, разработке линии переработки сои ЛПС-0,6 (рекомендована к производству), линии приема, механической очистки и измельчения корнеплодов ЛПК-15 (рекомендована к производству) и дозатор макроминеральных дкормовых добавок (эксплуатируется в хозяйствах).

Полученные результаты исследований показывают эффективность повышения качества приготовления кормов. Показатель качества приготовления кормов повысился с 0,525 до 0,935, а полезность увеличилась с 0,778 до 0,970.

Ключевые слова: производство, модель, система, качество, техноло-гический процесс, дозированная выдача, механическая очистка, микронизация, прием, параметры, корма, оборудование, продукция, оптимизация.



ANNOTATION

Shatsky V.V. Increase of quality of functioning of the mechanized processes of preparation of forages on dairy farms. - Manuscript.

This thesis is submitted for the degree of Doctor of Sciences. Speciality 05.05.11 - Machines and means of mechanization for agricultural production Institute for Mechanization of Animal Husbandry UAAS, Zaporozhye, 2004.

Scientific, principles for optimizing technical approaches, mechanized process variables and components for feed production that provide its designed quality levels on farm and animal productivity as well as efficiency of cattle-farming production in the engineering stage are described in the thesis.

Cattle-farming production is considered as a complex multilevel biotechnical system of processes for vital cycle stages with production elements that passing these steps as well.

Process models for dosed delivery of grinded caulescent and dry feeds, soya bean micronization, mechanical clearing of root-crops and feeding of coarse caulescent fodders from dump vehicles of greater capacity have been designed. These models define functional indeces of quality of these processes according to the fodder conditions and equipment ratings and influence animal productivity.

Method of optimization has been developed, process variables have been substantiated, feed production equipment has been designed and made.

Key words: production, model, system, quality, technologicаl process, dosed, delivery, mechanical clearing, micronization, feeding, variables, feeds, equipment, products, optimization.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Економічна ситуація перехідного періоду до ринкових відносин негативно вплинула на роботу тваринницьких підприємств. Зменшення обсягів виробництва кормів, погіршення якості їх приготування на фермах призвело до зниження продуктивності тварин і спаду поголів'я худоби.

Внаслідок зменшення обсягів виробництва тваринницької продукції знизилась частка продуктів тваринництва в раціонах харчування людей - з 28,5% у 1990 р. до 21,4% в 2001 р. Споживання молока і молочних продуктів у період 1990 -2002 рр. зменшилось з 373 кг до 223 кг на душу населення, м'яса і м'ясопродуктів - з 68 до 33 кг, яєць - з 272 до 207 шт. Загальна калорійність харчування скоротилась в 1,33 рази. Знову гостро виникла народногоспо-дарська проблема збільшення виробництва продукції тваринництва, де молочне скотарство займає 62,3-72,9%, шляхом зростання продуктивності та поголів'я тварин на основі підвищення якості кормів.

Ефективна робота і розвиток підприємств можливі при умові виробництва продукції певної якості і собівартості, що можна забезпечити за наявності на підприємстві системи якості виконання виробничих процесів на всіх етапах життєвого циклу продукції, параметри яких визначаються вже на етапі проектування продукції моделюванням виробництва.

У зв'язку з тим, що корми є основним джерелом одержання тваринницької продукції, то стрижнем моделі виробництва на рівні підсистеми забезпечення якості повинна бути модель їх приготування і конверсії в продукцію. Головна задача такої моделі полягає в оптимізації параметрів процесів, які забезпечують якість приготування кормів та заданий рівень продуктивності тварин.

Тому наукова проблема полягає в розробці методології обгрунтування технологічних рішень, структури й якості функціонування процесів приготування кормів, які забезпечують задані рівні ефективності використання кормів і продуктивності тварин на етапі проектування виробництва продукції.

Актуальність теми. Аналіз годівлі тварин показує, що раціони з широким використанням силосу, коренеплодів, зеленої маси, комбікормів і добавок дефіцитні в порівнянні з нормами годівлі за енергією, протеїном, амінокислотами, макромінеральними елементами, комплексом вітамінів, що й визначає недостатній рівень якості кормів. В чималій мірі цьому сприяє існуюче кормоготувальне устаткування, що реалізує витратні технології переробки коренеплодів і грубих стеблових кормів, а також відсутність ліній ефективної обробки високобілкових кормів і дозованого введення макромінеральних добавок.

Усе це не дає можливості в повній мірі згодовувати корми у вигляді повноцінно збалансованих кормосумішей, використання яких сприяє підвищенню продуктивності тварин на 9-16 % і зниженню витрат кормів до 7-12 % , а головне - здійснювати планомірне, кероване підвищення продуктивності тварин за рахунок більш повного використання їхнього генетичного потенціалу.

У зв'язку з цим тема роботи, спрямована на підвищення якості функціонування механізованих процесів приготування кормів на молочних фермах, є актуальною для підвищення ефективності галузі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Проблема розроблялася з 1985 р. відповідно до цільової комплексної науково-технічної програми О.Ц.033 (підпрограма 0.51.26Ц) на 1981-1985рр. по темі "Розробити технологію і потокові лінії приготування кормів на промислових фермах і комплексах" (№ Д.Р. 01826068194) (роль автора - виконавець); загальносоюзних науково-технічних програм 0.36 "Тваринництво" (0.51.25I) і 0.37 "Механізація і електрифікація сільського господарства"; (0.51.12) на 1986-1990рр. по темі "Удосконалити технології і комплекти машин для переробки кормів на тваринницьких фермах" (№ Д.Р. 01870077502) (роль автора - виконавець); на 1989-1991рр. по темі "Створити комплект устаткування для приготування кормів на малих фермах великої рогатої худоби з лінією механічного очищення коренеплодів" (№ Д.Р. 01910012606) (роль автора - виконавець); республіканської комплексної науково-технічної програми "Продовольство-95", її проекту 16 "Система машин", підпрограми 16.02 "Розробити машини, технологічне устаткування та систему інженерного забезпечення комплексної механізації виробництва продукції тваринництва" на 1991-1995 рр. по темі "Удосконалити національну Систему машин в розділах механізації тваринництва та кормо забезпечення" (№ Д.Р. 0193U034731) (роль автора - виконавець), на 1992-1995 рр. по темі "Розробити устаткування технологічних блоків переробки і приготування кормів в умовах господарств" (№ Д.Р. 0193U034723) (роль автора - керівник); науково технічної програми "Фундаментальні дослідження" (напрямок 10) на 1994-1995 рр. по темі "Розробити математичну модель процесу механічного очищення коренеплодів" (№ Д.Р. 0195U013502) (роль автора - керівник); науково-технічної програми "Механізація сільськогосподарського виробництва і технічний сервіс" на 1996 -2000 рр. по темах: "Розробити технологічні процеси і технологічне устаткування для приготування кормів, що забезпечує реалізацію генетичного потенціалу тварин" (№ Д.Р. 0197U001024) (роль автора - виконавець); "Обґрунтувати параметри перспективних технологічних ліній приготування кормів для ВРХ" (№ Д.Р. 0197V001025) (роль автора - виконавець); "Розробити автоматизовану інформаційно-аналітичну систему обґрунтування параметрів технологічних процесів і комплектів машин для тваринницьких ферм і пропозиції до Системи машин" (№ Д.Р. 0197V001019) (роль автора - виконавець).

Вирішення проблеми базується на концепції обґрунтування технологічних рішень і оптимізації параметрів процесів приготування кормів на фермах на основі визначення моделюванням залежності впливу якості їх функціонування на продуктивність тварин.

Виконана робота є науково обґрунтованим викладенням теоретичних, експериментальних і практичних результатів, зв'язаних з розробкою нових технологічних підходів у створенні устаткування для приготування кормів.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є підвищення якості приготування і ефективності використання кормів на молочних фермах шляхом удосконалення технологічних процесів на основі моделювання закономірностей впливу якості їх функціонування на продуктивність тварин.

Для досягнення мети необхідно вирішити такі задачі:

1 Виявити значення і розробити наукове забезпечення якості приготування кормів в загальній системі забезпечення якості виробництва продукції ферми.

2 Розробити моделі функціональних показників якості технологічних процесів дозованої видачі макромінеральних добавок і одношарової видачі соєвих бобів, механічного очищення коренеплодів від стану корму й конструктивно-технологічних параметрів устаткування і удосконалити моделі функціональних показників якості дозованої видачі подрібнених стеблових кормів і приймання грубих стеблових кормів від самоскидних транспортних засобів.

3. Розробити модель оптимізації параметрів механізованих процесів приготування кормів на основі визначення впливу підвищення якості їх функціонування на продуктивність тварин.

4 Обґрунтувати оптимальні конструктивно-технологічні параметри засобів механізації дозованої видачі подрібнених стеблових кормів і макромінеральних добавок, мікронізації соєвих бобів, механічного очищення коренеплодів і приймання грубих стеблових кормів від самоскидних транспортних засобів на основі аналітичних і експериментальних досліджень.

5. Провести виробничу перевірку розробленого устаткування та оцінку ефективності підвищення якості функціонування процесів приготування кормів на молочних фермах.

Об'єкт дослідження - механізовані процеси приготування кормів на молочних фермах. Предмет дослідження - якість функціонування механізованих процесів приготування кормів.

Методи дослідження. Методичною основою роботи є системний аналіз впливу елементів виробництва і технологічних процесів приготування кормів на якість їх функціонування на основі математичного моделювання з використанням класичних законів фізики і механіки, теорії імовірності і математичної статистики, планування багатофакторних експериментів. Достовірність моделей визначалася експериментальними дослідженнями.

Виробнича перевірка створеного устаткування проводилася в реальних умовах виробництва Українським державним центром випробувань техніки (УкрЦВТ), Південно-Українською МВС і співробітниками Інституту механізації тваринництва УААН.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в розробці методу оптимізації параметрів механізованих процесів приготування кормів з визначенням впливу якості їх функціонування на ефективність використання кормів і продуктивність тварин на етапі проектування виробництва продукції, де на основі моделювання процесів:

- встановлені закономірності впливу фракційного складу подрібненого стеблового корму на нерівномірність видачі та дана оцінка впливу властивостей і стану корму та конструктивно-технологічної схеми дозуючого пристрою на функціональний показник якості процесу;

- визначені фактори і залежності їх впливу на нерівномірність дозованої видачі сипких кормових матеріалів по гвинтовій поверхні й одношарової видачі соєвих бобів в камеру мікронізації, на основі чого обґрунтовані параметри дозатора макромінеральних добавок і дозуючого пристрою мікронізатора сої;

- встановлена залежність показника якості механічного очищення коренеплодів при обертанні з ковзанням на рухомій шиповій поверхні від параметрів процесу та вихідного стану корму, проведено обгрунтування технологічного рішення і параметрів конвеєра-очисника;

- встановлені залежності діючих на корм зусиль від параметрів процесу переміщення його по площині тертя і переміщенні похилої поверхні під порцією корму, обгрунтовані параметри пристрою приймання грубих стеблових кормів від самоскидних транспортних засобів збільшеної місткості.

Практичне значення одержаних результатів знайшло відображення в розробленні технологічних процесів дозованої видачі макромінеральних добавок, приймання грубих стеблових кормів, одношарової дозованої видачі соєвих бобів для мікронізації, очищення ґрунту з поверхні коренеплодів.

Результати досліджень використані при вдосконаленні бункера-дозатора подрібнених стеблових кормів БДК-Ф-70.20, розробці лінії переробки сої ЛПС-0,6 (рекомендована до виробництва), лінії приймання, дозованої подачі та механічного очищення коренеплодів ЛПК-Ф-15 (рекомендована до виробництва) і дозатора макромінеральних добавок (експлуатується в господарствах).

Поряд зі створенням устаткування для механізації процесів приготування кормів результати наукових досліджень використані при розробці Програми ви-робництва технологічних комплексів машин і обладнання для агропромислового комплексу на 1998 - 2005 роки (1998 р.), Відомчих норм технологічного проекту-вання: Об'єкти заготівлі, зберігання і приготування кормів для тваринництва: ВНТП-СГіП-46-8.94, Системи технологічних процесів і машин для комплексної механізації виробництва продукції тваринництва на 1996-2010 роки (проект).

Особистий внесок здобувача. В проведених дослідженнях здобувачу належить авторство розробки структурної моделі виробництва продукції тварин-ництва та методу оптимізації параметрів технологічних процесів, математичних моделей процесів приймання грубих кормів, дозованої видачі подрібнених стеб-лових кормів, сипких кормів горизонтальним гвинтовим конвеєром і мікроні-зації сої, ідея та основна участь в розробленні математичних моделей технологічних процесів механічного очищення коренеплодів і дозованої видачі сипких кормів по гвинтовій поверхні, їх теоретичних досліджень, проведенні експериментальних досліджень, а також участь в розробленні конструкцій експериментальних і дослідних зразків устаткування. Внесок автора в наукові праці, написаних у співавторстві, відображено у списку основних друкованих праць.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи доповідалися і схвалені на науково-технічних конференціях ЦНДПТІМЕТ (м. Запоріжжя, 1994-1996 рр.); МІМСГ (м. Мелітополь, 1994 р.); на Всесоюзній науково-технічній конференції "Результати дослід-жень по прогнозуванню техніко-економічних параметрів машин і устаткування (ЦНДПТІМЕТ, 1987 р.); на Міжнародній науково-технічній конференції "Нові технології і техніка для механізації і електрифікації процесів тваринництва (ІМТ УААН, м. Запоріжжя, 1994-1996, 1998, 1999 рр.); на науково-технічній конференції "Інженерні проблеми сільськогосподарського виробництва України (ІМЕСГ, смт Глеваха, Київська обл., 1994 р.); на Міжнародній науково-технічній конференції з питань розвитку механізації, електрифікації, автоматизації і технічного сервісу АПК в умовах ринкових відносин (ІМЕСГ УААН, смт Глеваха, Київська обл., 1995-1996 рр.); на Міжнародній науково-технічній конференції з проблеми "Енергоощадні технології і енергетичні засоби в сільсько-господарському виробництві (Південний філіал ІМЕСГ, смт Якимівка, Запорізь-ка обл., 1995 р.); на семінарі-навчанні "Сучасні енергоощадні технології для АПК" (м. Одеса, 1996 р.); на Міжнародній науково-технічній конференції "Проблеми технології і механізації доїння та первинної обробки молока" (ВАТ "Брацлав", Вінницька обл., 1998 р.); на Міжнарод-ій науково-технічній конференції "Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві" (ІМЕСГ УААН, смт Глеваха, Київська обл., 1998 - 2000рр.); на ІІ-Міжнародній науково-технічній конференції "Аграрна енергетика в ХХІ столітті" (Мінськ, 27-28 листопада 2003).

Публікації. По темі дисертації надруковано монографія, 67 наукових праць, в т.ч. 6 - за кордоном, отримано 15 авторських свідоцтв на винаходи і патентів.

На захист виносяться такі положення і результати:

- метод оптимізації параметрів технологічних процесів приготування кор-мів, цільовою функцією якого є якість виконання технологічних процесів;

- математичні моделі функціональних показників якості технологічних процесів для дозованої видачі стеблових і сипких кормів, механічного очищення коренеплодів, приймання грубих стеблових кормів;

- параметри удосконалених технологічних процесів дозованої видачі стеблових і сипких кормів, механічного очищення коренеплодів і приймання стеблових кормів від самоскидних транспортних засобів збільшеної місткості.

Структура та об'єм дисертації. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, висновків і пропозицій, 29 додатків і списку використаних джерел, викладена на 407 сторінках машинописного тексту, включає 87 рисунків і 22 таблиці. Список використаних джерел - 303 найменування.

ЗМІСТ РОБОТИ

Розділ І Стан проблеми і напрями досліджень

При інтенсифікації виробництва тваринницької продукції все більше зростає значення якості кормів, яку оцінюють по концентрації енергії, вмісту поживних речовин і дієтичних властивостях. На якість кормів суттєво впливають технології їх переробки, тому обгрунтуванню параметрів процесів та технічних засобів приготування кормів, що підвищують ефективність їх згодовування, присвячено цілий ряд наукових праць. Значний внесок у вирішення цієї проблеми зробили своїми роботами Омельченко О.О., Кукта Г.М., Коба В.Г., Погорілий Л.В., Храпач Є.І., Голіков В.О., Артюшин А.О.,Нагорський І.С., Передня В.І.,Ткач В.Д., Ясенецький В.А., Ревенко І.І., Хазанов Є.Ю., Кутлембетов А.А., Черкун В.Я., Гопка В.В., Рєзнік Є.І. та інші вчені, які розробили концепцію механізації приготування збалансованих кормосумішей на тваринницьких фермах.

В умовах ринкової економіки виробництво конкурентоспроможної продукції потребує реалізації технологічних резервів підвищення якості та зниження вартості приготування кормів на фермах на основі оптимізації їх параметрів.

Відомі методи оптимізації технологічних процесів не в повній мірі враховують вплив стану корму та технологічного рішення устаткування на якість виконання процесу, а також вплив останнього на продуктивність тварин. Тому розробка методу обґрунтування параметрів процесів іустаткування для приготування кормів на основі їх моделювання на рівні підсистеми забезпечення якості виробництва є задачею актуальною.

Аналіз стану механізації та наукових досліджень процесів приготування кормів визначив коло питань, покладених в основу формулювання напрямів досліджень.

Розділ ІІ Наукове забезпечення якості приготування кормів в системі забезпечення якості виробництва продукції тваринництва

Імовірність виробництва продукції з заданими параметрами підвищується, коли на виробництві діє система якості, за допомогою якої здійснюється керування технологічними процесами на всіх етапах життєвого циклу продукції, починаючи з маркетингу і закінчуючи утилізацією продукції. Здійснити це можливо, коли виробництво продукції тваринництва предствляється у вигляді структурної моделі (рис.1) як системи процесів життєвого циклу продукції на фермі, де відтворення елементів цього виробництва (робочої сили, основних засобів, матеріалів, тварин) також відбувається по етапах їх життєвого циклу у взаємозв'язку з основним виробництвом. Позначимо виробництво продукції тваринництва виробництвом І рівня, а виробництво засобів механізації - виробництвом ІІ рівня. Витрати, що мають місце в життєвому циклі устаткування, здійснюються на етапах підготовки виробництва і самому виробництві І рівня



Де - витрати на підготовку і експлуатацію устаткування в виробництві І рівня, МДж; - витрати на реалізацію, монтаж і експлуатацію, технічне обслуговування й утилізацію устаткування, МДж; - продукція виробництва II рівня, МДж.

Для попередження виникнення негативних явищ в виробництві необхідно давати оцінку якості виконання виробничих процесів на всіх етапах життєвого циклу продукції, яку пропонується оцінювати показником , що відображає рівень задоволення вимог продуктивності (₁) і технологічних вимог (₂), втрати або рівень збереження елементів виробництва і продукції (₃), корисність виконання процесу (₄) і вплив на навколишнє середовище (₅)

Де - кількість уречевленої енергії в активній частині виробленого продукту, МДж; - кількість уречевленої енергії в продукті, виробленому в межах технологічних вимог, МДж; - приріст продукції, отриманої в результаті вико-нання технологічного процесу, Мдж; Ф_i - витрати на виконання процесу, МДж; - збиток навколишньому середовищу від виконання процесу, МДж; к_втр_ показник втрат.

Вплив якості кормів оцінюється додатково одержаною продукцією , що забезпечується якістю компонентів раціону і виконанням технологічних вимог при приготуванні кормів.

Оцінка задоволення технологічних вимог (з₂) проводиться по співвідношенню обсягу продукту П_tr, виробленого в межах вимог до всього обсягу продукції П_i

Де k_е - коефіцієнт еквівалента оцінки продукції, МДж/кг; М_п - маса виробле-ної продукції, кг; t_tn - допустиме відхилення, кг; m,_ф - математичне сподіван-ня та середнє квадратичне відхилення функціонального показника процесу, кг.

Розглядаючи виробництво як взаємодію його елементів (робоча сила, основні засоби, матеріали, тварини), витрати на виконання конкретної функції структурно доцільно виразити матрицею

Ф = ,

де - витрати енергії живої й уречевленої праці, спрямовані на керування, навчання й обслуговування працівників (), роботу з основними засобами () та матеріали (), утримання і відтворення тварин (), МДж; - витрати енергії основних засобів, спрямованих на забезпечення умов роботи працівникам (), відтворення устаткування та приміщення (), забезпе-чення виробництва матеріалами (), утримання і відтворення тварин (), МДж; - витрати енергії матеріалів для працівників (), основних засобів (), відтворення матеріалів (), тварин (), МДж; - енергія тварини для виробництва продукції для людини (), забезпечення життєдіяльності (), споживання та переробки корму ( ), відтворення тварин (), МДж.

Представлення виробництва продукції тваринництва у виді структурної моделі дозволяє виставити вимоги до параметрів засобів механізації, в тому числі і для приготування кормів, на експлуатацію, обслуговування і утилізацію.

Відповідно до методичних принципів забезпечення якості продукції тваринництва, як підсистема забезпечення якості, розроблена модель оптимізації технологічних процесів приготування кормів на тваринницьких фермах.

Модель є стрижнем загальної моделі виробництва продукції і заснована на моделюванні функціональних показників якості технологічних процесів приготування і конверсії кормів в продукцію тваринництва в залежності від якості їхньої підготовки до згодовування. Критерієм оптимізації є задаваний рівень якості виконання процесів.

Адекватність моделі конверсії енергії корму в продукцію корови - молоко підтверджується залежностями добового надою молока від обмінної енергії кор му, що одержали Богданов Г.О., Калашніков О.П.,Трішин О.К. За їх даними для добового надою молока 20 кг потрібно 163,0-202,4 МДж обмінної енергії, а по моделі - 189,3МДж.

Запропонований системний підхід дозволяє визначити вимоги до виконання технологічних процесів і параметрів технічних засобів приготування кормів.

Моделювання затрат виробництва продукції молочної ферми на 800 корів показує, що затрати на приготування і роздачу кормів становлять 3,98% при енергетичній оцінці і 4,46% - при вартісній (табл.1). Це підтверджує значущість доцільності технологічного удосконалення цих процесів, реалізація яких може підвищити продуктивність корів на 9-16% і знизити витрати кормів на 7-12%.

Найбільше значення мають витрати складових Е_MG - матеріали для тварини (64,85% за енергетичною оцінкою і 63,07% - за вартісною) і Е_МО - матеріали для основних засобів (5,77 і 10,47%), витрати засобів механізації для приготування кормів займають 0,575 і 0,489%.

Порівняльна оцінка енергетичних витрат приготування кормосумішей показує, що мобільна технологія з використанням фермського комбайна місткістю 10м³ ефективніша у порівнянні зі стаціонарною при продуктивністі 10 т/год і поступається останній при продуктивністі 15 т/год на фермі 400 і більше корів. Із збільшенням продуктивності до 20 т/год витрати у порівнянні з мобільною технологією знижуються в середньому на 11,26 % за енергетичною оцінкою та на 5,6% - за вартісною.

Аналіз витрат стаціонарної технології приготування кормів на фермах з різним поголів'ям тварин показує, що найбільша складова є витрати на матеріали для основних засобів (енергоносії та запасні частини для устаткування) і становлять 151,52-146,99 МДж/т (46,8-54,4%). При мобільній технології ці витрати становлять 172,4-170,0 МДж/т (53,3-61,6%).

При оцінці приготування кормів із загальної суми виділяються витрати, зв'язані з використанням води для миття коренеплодів. Їх частка становить 20,2-22,0% або 1,63 грн/т.

При менших витратах здійснюється експлуатація основних засобів (трактори, автомобілі, приміщення) і устаткування для приготування кормів, які відповідно становлять 44,61-35,57 МДж/т (13,8-13,2%) і 41,5-38,3 МДж/т (12,8-14,3%).

Аналіз енергетичних витрат по стаціонарних лініях приготування кормів показує, що основна частина витрат припадає на лінії стеблових кормів (41,6-43,3%) і роздачі кормосуміші (20,0-25,5% ), де операції навантаження і видачі займають найбільшу долю. Виключення становить лінія грубих стеблових кормів, де затрати на перевантаження перевищують затрати на видачу.

Аналіз розподілу енергетичних витрат мобільної технології приготування і роздачі кормів показує, що витрати по лінії силосу складають 20,3-20,8%, у яких операція навантаження займає 61,8-57,0%. Витрати на навантаження і транспортування грубих стеблових кормів складають 13,8-13,3%, де саме навантаження займає 47,1-36,6%. Найбільша частка витрат припадає на переробку і навантаження коренеплодів - 30,4 - 27,4%, а найменша - комбікормів 15,6 - 12,7%. На процеси змішування і роздачі витрачається 19,8 - 25,8%, у яких роздача кормосуміші складає 56,2 - 61.3%. Це підтверджує напрямок досліджень з технологічного удосконалення процесів дозування і завантаження стеблових кормів, переробку коренеплодів, що доцільно вести шляхом моделювання їхнього функціонального показника якості для оптимізації параметрів з урахуванням вимог виробництва.

Розділ ІІІ Обгрунтування процесів приготування кормів за функціональним показником якості

Обґрунтування параметрів технологічних процесів приготування кормів проводиться їх моделюванням з виявленням функціонального показника якості. Для дозуючого пристрою це нерівномірність видачі, яка визначається відхиленням маси порцій і залежить від їх геометричних параметрів (_mh), коливань щільності (_mp), вологості (_m) та роботи дозуючого пристрою (_mk).

Коливання щільності порції стеблового корму, а отже і її маси, залежить від фракційного складу та різного розташування часток у просторі порції (_ml). Розглянувши можливі положення часток корму в вертикальній та горизонтальній площинах, визначено вираз дисперсії D_R висоти порції



Де n_f - кількість шарів у порції, од; D_hl - дисперсія висоти розташування центра частки, м; D_l - дисперсія довжини перетнутої частини частки, м; l_i - довжина частки, м; lⁿ- довжина перетятої частини, м; N_cl - кількість часток у шарі, од; P_l- ймовірність розташування сусідніх часток з перетином

; .

Середні квадратичні відхилення об'єму та маси порції, викликані зміною висоти порції, визначаються виразами

Де B, Н, L - відповідно висота, ширина і довжина порції корму, м.

Враховуючи також, що об'єм взаємного перетину часток V_y і кількість часток корму, що знаходяться в ньому, непостійна, одержуємо вираз функціонального показника якості видачі подрібненого стеблового корму

+

+



Де t - рівень значущості, обумовлений для степеней свободи k = n-1і рівня ймовірності р - 0,95; _{Н, w , р}, _mk - середні квадратичні відхилення геометрії, вологості, щільності корму, залежні від дозуючого пристрою; m_n - математичне сподівання маси порції, м; N_cl ,N_п - кількість часток у шарі та порції, од; P_y - ймовірність розташування сусідніх часток з перетином; Y - величина взаємного перетину часток порцій, м; V₁ - одиничний об'єм порції з відомою кількістю часток n_1, м³; _у - середнє квадратичне відхилення зони розділення порцій Y, м; m_i- маса частки і-ої фракції, кг.

Нерівномірність видачі корму залежить від його фізико-механічних властивостей, стану в бункері, конструктивно-технологічної схеми устаткування і підвищується зі збільшенням довжини часток корму, їх маси, площі кормовідділення, коливань щільності, вологості і геометрії поперечного перерізу моноліту, зниженням щільності корму та масової подачі.

Перевірка на адекватність виразу середнього квадратичного відхилення маси порції, що залежить від розташування часток у просторі, показала, що середнє відхилення теоретичних і експериментальних даних становить 9,57 %.

Моделювання процесу видачі подрібненого стеблового корму відносно площі кормовідділення F_k=BH, яка змінюється від 0,15 до 3,75 м², при найбільш сприятливих умовах (_mw=_m=_mp=_nk) дозволило встановити, що при щільності корму 68,5 кг/м³ і середній довжині часток 22,8 мм нерівномірність подачі з продуктивністю 0,5 кг/с зростає з 10,0 до 14,62 %, а при щільності 205,5 кг/м³ - відповідно з 10,0 до 17,8 %. Зростання нерівномірності відбувається за рахунок збільшення впливу складових фракційного складу i , які в першому випадку знаходяться в межах 0,0496-0,0540 і 0,0067-0,0493 кг, а в другому - відповідно 0,0992-0,1079 і 0,0349-0,1420 кг.

Розрахунки показують, що нерівномірність видачі 10 % можливо одержати при відділенні часток з площі поперечного перерізу моноліту не більше 0,15 м². Отже, напрямком у створенні дозуючих пристроїв подрібнених стеблових кормів для ліній заготівлі та приготування кормів треба вважати зменшення площі кормовідділення та формування потоку з мінімальним коливанням його щільності. Для обґрунтування параметрів процесу та конструктивно-технологічної схеми дозатора макромінеральних кормових добавок проведені теоретичні дослідження подачі сипких матеріалів.

Використання двох горизонтальних гвинтових конвеєрів ( зі зміщенням торцевої кромки на 180^о) показало нерівномірність потоку на рівні 10,8-13,5%, що явно недостатньо для видачі кормових добавок. Усунути негативний вплив характеру витікання сипкого матеріалу доцільно зміненням положення гвинтової поверхні. Тому досліджувався процес руху корму по гвинтовій поверхні, де зі зменшенням радіуса збільшується кут її нахилу.

Для подачі матеріалу по гвинтовій поверхні доцільно провести переміщення порції об'ємом V_n прикладенням зусилля F_к на зовнішній елементарний шар, який знаходиться в найбільш невигідному положенні

,

Де t_w - крок гвинта, м; кут повороту кожуху гвинта, рад; - кут обрушен-ня часток, град; R, r_о - радіус гвинта і його вала, м; .- коефіцієнт тертя.

При недостатній величині суми сил тертя корму об гвинтову поверхню відбувається самовитікання матеріалу на дільниці, де кут обрушення менше кута нахилу витка. Ширина шару матеріалу (), який самовільно рухається без прикладення рушійної сили, визначається виходячи з умови

;

d - розмір часток, м; F_сс - зусилля зчеплення часток, Н/м²; F_vb - зусилля тиску корму по валу гвинта, Н.

У зв'язку зі зміною площі потоку в процесі витікання (із-за відхилення зони розподілу потоків корму) змінюється і швидкість витікання, а отже, і маса порції, середньоквадратичне відхилення якої дорівнює

Де _У3 - середнє квадратичне відхилення зони розподілення потоків, м; - кутова швидкість обертання матеріалу, рад/с; _R1 - кут нахилу площини гвинта, град.

Нерівномірність витікання матеріалу по гвинтовій поверхні визначається виразом

де _R - середнє квадратичне відхилення складових нерівномірності визначається для конкретних площ розподілення порцій F_Rw-R1, F_R1-_ro F_R1, кг.

Теоретичні дослідження показали, що видача діамонійфосфату (=980кг/м³) по гвинтовій поверхні діаметром 0,05 м (співвідношення кроку і діаметра рівно 1,0) при частоті обертання кожуха 1,4 хв^-1 відбувається з нерівномірністю 2,85% при масі порції 26,9 г. Основну частку в нерівномірність вносить складова _mv, що залежить від зміни швидкості витікання потоку.

Зміна співвідношення кроку гвинта і його діаметра з 0,8 до 1,2 призводить до збільшення площі поперечного перерізу потоку з 0,00012 до 0,00020 м² (d=0,05 м), а отже, до зростання середнього квадратичного відхилення маси порцій з 0,275·10^-3 кг до 0,819·10^-3 кг при частоті обертання 0,7 хв^-1 і з 0,282·10^-3 кг до 0,834·10^-3 кг при 2,8 хв^-1. Нерівномірність подачі змінюється незначно: в першому випадку - з 3,12 до 2,76%, а в другому з 2,85 до 2,66%.

У зв'язку зі слабо вираженою регулювальною характеристикою гвинтової поверхні та недостатньої рівномірності потоку при продуктивності 0,02 кг/с більше доцільно для регулювання масової подачі використати два гвинтових конвеєри, діаметрально розташованих над обертовим днищем дозатора, що має в центрі циліндричний кожух, в якому розташована гвинтова поверхня.

Обертання днища з кожухом забезпечує завантаження шнекових конвеєрів і подачу дозованого матеріалу по гвинтовій поверхні.

Моделювання роботи гвинтових робочих органів дозволило обґрунтувати технологічну схему дозуючого пристрою макромінеральних добавок.

Основним оціночним критерієм оброблюваного потоку соєвих бобів інфра-червоним випромінюванням є відхилення маси корму М_F, розташованого на площі обробки



Де А - коефіцієнт поглинання бобами інфрачервоного випромінювання; з - ККД опромінюваного пристрою; Р_NД - потужність електричного джерела, Вт; t_з, t_о - температура бобів і навколишнього середовища, ^о C; а_kt - сумарний коефіцієнт теплообміну конвекцією та випромінюванням, Вт/М^{2 . о}С; t - рівень значущості для рівня імовірності 0,95.

Коливання маси М_F контрольної порції, що залежить від розмірних і масових характеристик бобів _md, визначається різним розташуванням на площині (_N) та нерівномірністю відділення часток від потоку в дозаторі (_mF);

_md=(_mf² + ²_N )^0,5

Де р_і - імовірність появи часток і-ої фракції в об'ємі корму; р_ик - імовірність, з якою займають положення по площині.

Для обґрунтування технологічного рішення, що підвищує рівномірність потоку, подамо рух матеріалу як суму одиничних потоків часток d_mF по ширині столу обробки В.

При одночасній подачі одиничних потоків щілинним дозатором з циліндричним робочим органом зі швидкістю менше швидкості сходу часток по площині здійснюється обрушення корму по частині цієї площині, яку позначимо як площину відносного переміщення часток F^отн =Bh^отн (h^отн - висота відносного переміщення часток). Нерівномірність подачі визначається характером відділення часток по площині F^отн , яка при зазорі дозатора 30 мм змінюється від 0,043 до 0,011 м² зі збільшенням швидкості подачі від 0,0287 до 0,115 м/с.

Зменшення зазору до 4 мм зменшує площу відносного переміщення, яка змінюється з 0,0057 до 0,000417 м², нерівномірність розподілення корму по площі столу становить 4,43-3,74 %, що не задовольняє вимогам процесу.

Радикальне зниження нерівномірності дає технологічне рішення дозованої подачі з поперечним розподіленням часток корму по площі столу обробки шириною потоку, рівному величині кроку вічок на барабані дозатора. Конструктивно це може бути вирішено розташуванням вічок барабану дозатора під кутом до вектора напрямку переміщення часток.

Площа відносного переміщення часток у цьому випадку при зазорі 30 мм становить 0,0004-0,0001 м², що забезпечує середнє квадратичне відхилення _mF, яке дорівнює 0,48-0,13 г. При зазорі 10 мм - 0,16-0,07 г.

Визначальною складовою середнього квадратичного відхилення порцій є постійна за своїм значенням _mp що залежить від коливання щільності і дорівює 4,9 г. Нерівномірність розподілення корму по площі столу становить 2,76-2,74 %.

Таким чином, у конструкції дозуючого пристрою мікронізатора сої необхідно використати технологічне рішення з поперечним розподіленням шарів корму.

У вирішенні задач досліджень важливим є обґрунтування технологічного рішення процесу механічного очищення коренеплодів, який забезпечує потрібні показники якості. Процес подамо як відділення ґрунту з його поверхні при випадковому впливі очищаючого елемента - індентора.

Через те, що індентор взаємодіє по всій поверхні коренеплоду з різною ймовірністю Р_л, то для здійснення потрібної кількості дій n¹_i по і-тій окружності з заданою ймовірністю P_N, з метою очищення ґрунту з цієї окружності, коренеплоду необхідно зробити N_c обертів. Ця залежність виражається локальною теоремою Лапласа.

Забезпечити це доцільно при перекочуванні кореня з ковзанням на рухомій нескінченній стрічці, яка має очиcні елементи-індентори.

Розглядаючи ґрунт як пружно - в'язке середовище, в якому під впливом індентора відбуваються як пружні, так і в'язкі об'ємні деформації, одержуємо вираз для визначення деформації ґрунту де P_def - зусилля деформації, Н; Е - модуль пружності, Н/м²; l_n - довжина деформованої дільниці грунту, м; b - ширина індентора, м; h_ge - глибина заглиблення індентора в ґрунт. м; К_gl - коефіцієнт динамічної в'язкості, Н^.с^.м^-3; _def -- швидкість деформації, м/с.

Із заглибленням індентора в ґрунт відбувається перекочування коренеплоду до моменту, коли зусилля деформації перевищить зусилля зчеплення ґрунту (P_def ?P_cc), після чого відбувається зсув і відділення ґрунту об'ємом

.

Де G - сила ваги кореня, Н; Р_сп - зусилля зчеплення ґрунту, Н.

Визначивши масу ґрунту, що знімається за один оберт коренеплоду, з урахуванням необхідної кількості обертів, які повинен робити коренеплід, одержуємо вираз функціонального показника якості процесу механічного очищення коренеплодів від ґрунту залежно від основних конструктивно-кінематичних параметрів пристрою та вихідного стану корму

N_с - кількість обертів, які повинен зробити коренеплід, щоб забезпечити з заданою ймовірністю Р_N необхідну кількість дотиків індентора по будь-якій окружності С_і поверхні коренеплоду,од; R_i - радіус коренеплоду, м; R_к - радіус корене-плоду з грунтом, м; К_ск- коефіцієнт проковзування індентора: - швидкість інденторів, м/с; - кут між напрямком зусиль деформації Р_def і взаємодії індентора з ґрунтом Р_сn, град; F^c_уd - питома сила зчеплення ґрунту, Н/м².

Аналіз моделі показує позитивний вплив на якісь очищення зі збільшенням швидкості інденторів. При вихідний забрудненості 10% і швидкості інденторів 0,78м/с залишкова забрудненість становить 4,32%, а при 1,8 м/с -1,43% .

Зниження вихідної забрудненості позитивно впливає на якісні показники процесу. При масі коренів 3 кг, швидкості переміщення інденторів 1,8 м/с, тривалості процесу 10 с і вихідній забрудненості 30 % залишкова забрудненость становить 5,24%, а при вихідній 10 %- залишкова знизилась до 0,39 %.

Істотно впливає на процес очищення крок розташування інденторів. Зі збільшенням кроку до 0,054м підвищується їх активність, зростає величина дільниці деформації контактуючого з ним ґрунту і, як наслідок, збільшується об'єм знімного з поверхні коренеплоду ґрунту.

Порівняння теоретичних і експериментальних даних показало високу збіжність при очищенні коренеплодів масою 5 - 7кг з вихідною забрудненістю 10 і 20 %. Абсолютна розбіжність становить 1,25 - 2,25%.

Проведені теоретичні дослідження процесу механічного очищення коренеплодів дозволили одержати математичну модель процесу, обґрунтувати технологічну схему та основні параметри очищаючого конвеєра. Швидкість інденторів повинна бути 1,6 - 1,8 м/с, довжина зони очищення -не менше 3,6м, кут нахилу конвеєра - 23^о; крок розташування інденторів - 0,054 м.

Метою досліджень процесу приймання грубого стеблового корму в бункер живильника було вдосконалення технологічного процесу і приймального пристрою платформенного типу, який забезпечує приймання корму без забруднення і руйнування форми порції.

Для обґрунтування технологічного рішення приймального пристрою розглянуто процес взаємодії з кормом площини штовхача, що розташована під різним кутом до горизонту, і виявлені умови переміщення порції корму під впливом штовхача і переміщення штовхача відносно корму.

При взаємодії площини штовхача, розташованої під кутом 90^о до горизонту, на нього діють зусилля опору переміщенню порції в бункері живильника. Для забезпечення вивантаження корму без розриву порції необхідно, щоб сили зчеплення корму по висоті штовхача були не менше зусиль опору переміщенню порції в бункері живильника, тобто

де - висота корму над штовхачами, м; - коефіцієнти пропорційності; - коефіцієнт бокового тиску; - щільність корму в верхньому шарі, кг/м³; - коефіцієнт тертя; - реакція відкидного борту, Н; - кут нахилу борта до горизонту, град.

Рішенням , (21) відносно h_cl визначається висота штовхача як h_т = Нⁿ_max - h_cl (Hⁿ_max - найбільша висота корму в зоні дії штовхача).

Виявлені умови переміщення площини штовхача висотою , розташо-ваної під гострим кутом до горизонту, відносно порції корму, торцева стінка якої розташована під кутом природного укосу.

Для переміщення балки під кормом без розриву порції і без руху корму в сторону скидача необхідно, щоб горизонтальна складова сил ваги корму і тертя об балку (позначимо її як F₂) не перевищувала суму сил тертя F₁ порції корму, розташованого перед балкою на довжині L_x об днище F_dn і борти F_bort бункера і сил зчеплення корму P_cv по вертикальній площині, що проходить по передній стінці балки

де m_nб - маса порції, яка тисне на балку, кг; б_б - кут нахилу площини балки, град; l_б - ширина балки, м; b - ширина штовхача, м; -кут нахилу бокової сторони порції корму, град; А_с- емпіричний коефіцієнт, Н/м².

Вирішивши (22) відносно ширини блока-балки l_б і кута нахилу її площини б_б, визначаються геометричні параметри приймального пристрою.

Розрахунки показують, що рівність зусиль F₂ і F₁, при виході балки з-під корму, а отже і розрив порції спостерігається на відстані від вертикальної кромки балки 0,560м при куті 11^о, 0,598м - при 17^о і 0,671м - при 27^о.

Зміна площі площини балки більш істотно впливає на величину зусиль, що впливають на корм і, отже, на збереження форми порції. Зі збільшенням ширини зростає сила тертя корму об площину балки і зусилля , яке при ширині балки 0,3м у діапазоні її переміщення 2м змінюється з127,41 до 7,72Н, а при 0,7м - з 343,94 до 44,69Н. Разом з тим за рахунок збільшення площі передбачуваного розриву зростає зусилля , яке при ширині балки 0,3м змінюється з 906,03 до 7,80Н при 0,7м - з 1079,37 до 42,47Н. Рівність цих зусиль спостерігається при ширині балки 0,3м і висоті 0,15м при виході її з-під корму

...