Обґрунтування та оптимізація параметрів мобільного роздавача-дозатора концентрованих кормів для індивідуальної нормованої годівлі корів

Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК

НАЦІОНАЛЬНИЙ НАУКОВИЙ ЦЕНТР

“ІНСТИТУТ МЕХАНІЗАЦІЇ ТА ЕЛЕКТРИФІКАЦІЇ

СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА” (ННЦ “ІМЕСГ”)

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Обґрунтування та оптимізація параметрів мобільного роздавача-дозатора концентрованих кормів для індивідуальної нормованої годівлі корів

05.05.11- машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва

Банга Василь Іванович

Глеваха -2006

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано у Львівському державному аграрному університеті.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, професор Сиротюк Валерій Миколайович

Львівський державний аграрний університет, професор кафедри механізації і автоматизації в тваринництві

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Брагінець Микола Володимирович,

Луганський національний аграрний університет, завідувач кафедри

“Механізація виробничих процесів у тваринництві”

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник лабораторії лабораторії механізованих технологічних процесів в тваринництві і птахівництві, Кузьміч Ярослав Анатолійович, Національний науковий центр “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства”

Провідна установа: Національний аграрний університет Кабінету Міністрів України,

м. Київ.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Збільшення виробництва молока з мінімальними затратами залежить як від продуктивності корів, так й від технології їх утримання, повноцінної годівлі і збалансованості кормів, використання сучасних технічних засобів механізації і автоматизації технологічних процесів. Тому тваринництву сьогодні вкрай потрібні відповідні засоби для індивідуально-нормованої годівлі, які б забезпечували необхідну продуктивність, рівномірність і точність дозування з мінімальними затратами.

Одним із важливих показників роботи роздавачів-дозаторів комбікормів є продуктивність, рівномірність і точність дозування, відповідність їх зоотехнічним вимогам. У технологічному обладнанні, яке застосовується для роздавання сипучих кормів, використовуються енерго- і металоємні дозувальні пристрої в яких відхилення рівномірності й точності дозування перевищують встановлені зоотехнічні вимоги до технологічного процесу. Тому розробка, обґрунтування та оптимізація конструктивно-технологічних параметрів і режимів роботи індивідуального роздавача-дозатора комбікормів, який здатний забезпечити зоотехнічні вимоги індивідуальної годівлі є актуальними.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у Львівському державному аграрному університеті (ЛДАУ) в 1998-2005 рр. відповідно до державної науково-технічної програми “Технології та комплекси машин для виробництва і первинної переробки продукції тваринництва”, зокрема п.1.1.15 “Розробка засобів індивідуально-дозованої видачі концентрованих кормів при стійловому утриманні корів”, і є складовою частиною комплексної теми факультету механізації сільського господарства “Розробка, впровадження енергозберігаючих механізованих процесів, технологій і систем аграрного виробництва та технічних засобів їх реалізації” (номер державної реєстрації 0100U002333) на період 2001-2005 рр.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності процесу індивідуального роздавання і дозування комбікормів шляхом вдосконалення конструкції роздавача-дозатора, обґрунтування й оптимізація його конструктивно-технологічних параметрів і режимів роботи.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- проаналізувати способи й засоби роздавання і дозування сипучих кормів для прив'язної і безприв'язної технологій утримання корів, окреслити напрями удосконалення індивідуального роздавача-дозатора, обґрунтувати та оптимізувати конструкцію і тип його дозувальних робочих органів;

- провести теоретичні дослідження процесу витікання комбікорму з випускної горловини бункера індивідуального роздавача-дозатора;

- провести теоретичні дослідження процесу дозування конусного та конусно-лопатевого робочих органів індивідуального роздавача-дозатора комбікормів;

- дослідити вплив продуктивності та швидкості руху індивідуального роздавача-дозатора на тривалість роздавання за різних норм видачі комбікорму на даванку і фронту годівлі, встановити взаємозв'язок між його конструктивно-технологічними параметрами та швидкістю руху;

- визначення фізико-механічних характеристик комбікормів та встановлення їх впливу на процес дозування;

- провести експериментальні дослідження процесу дозування комбікорму конусного та конусно-лопатевого робочих органів індивідуального роздавача-дозатора, обґрунтувати й оптимізувати їх конструктивно-технологічні параметри і режими роботи;

- розробити виробничий зразок індивідуального роздавача-дозатора комбікормів, провести його експериментальні дослідження в виробничих умовах;

- оцінити економічну ефективність автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора комбікормів.

Об'єктом дослідження є технологічний процес індивідуального дозування й роздавання розсипних комбікормів і роздавач-дозатор з робочими органами конусного та конусно-лопатевого типу.

Предметом дослідження є встановлення закономірностей між конструктивно-технологічними параметрами і режимами роботи індивідуального роздавача-дозатора комбікормів і їх впливом на ефективність процесу дозування.

Методи дослідження. Теоретичні та експериментальні дослідження індиві-

дуального роздавача-дозатора проводились з використанням законів кінематики і динаміки та застосуванням тензометрії, методів планованого експерименту, прикладного програмування, статистичної обробки результатів досліджень з використанням ПЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

- удосконалено математичну модель процесу витікання комбікормів (живлення дозатора) для розробленої конструкції бункера роздавача-дозатора;

- дістали подальшого розвитку аналітичні залежності для моделювання процесу дозування, потужності процесу дозування конусним і конусно-лопатевим робочими органами;

- дістали подальшого розвитку обґрунтовання та оптимізація конструктивно-технологічних параметрів і режимів роботи конусного та конусно-лопатевого дозувальних робочих органів;

- дістали подальшого розвитку математичні залежності продуктивності та швидкості руху індивідуального роздавача-дозатора від тривалості роздавання за різних норм видачі комбікормів і фронту годівлі.

Новизна технічних рішень, прийнятих під час розробки індивідуального роздавача-дозатора комбікормів з конусно-лопатевим робочим органом захищена чотирма деклараційними патентами України на винаходи № 40997,

№ 48479, № 52059, № 70691.

Практичне значення одержаних результатів. Одержані теоретичні та експериментальні результати досліджень знайшли практичне застосування при розробці конструкції виробничого зразка автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора комбікормів, обґрунтуванні й оптимізації його конструктивно-технологічних параметрів і режимів роботи, що дає можливість забезпечити нерівномірність видачі комбікорму в межах 1,66-4,8 % відповідно до зоотехнічних вимог на технологічний процес дозування.

У виробничих умовах експериментальні дослідження автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора комбікормів проводились на тваринницькій фермі ВРХ в ДП НДГ “Дублянський” Жовківського району Львівської області. Роздавач-дозатор та елементи наукових досліджень використовуються в навчальному процесі ЛДАУ.

Особистий внесок здобувача. Основні дослідження проведені автором особисто, а саме: розроблено конструкції індивідуального дозатора та автоматизованого роздавача-дозатора комбікормів з конусним і конусно-лопатевим робочими органами; вимірювачів потоку сипучих матеріалів для дослідження нерівномірності видачі та крутного моменту для визначення потужності процесу дозування комбікорму; отримано аналітичні залежності для моделювання процесу дозування конусного та конусно-лопатевого дозувальних робочих органів, встановлено залежності для визначення продуктивності і потужності процесу дозування комбікорму від конструктивно-технологічних і режимних параметрів; отримано математичні залежності для визначення продуктивності і швидкості руху індивідуального роздавача-дозатора за різних норм видачі комбікормів на даванку та різних типорозмірів твариномісця; експериментально обґрунтовано кут твірної конуса при його основі та кільцевий зазор між випускною горловиною бункера і дозувальним робочим органом індивідуального дозатора за різної частоти його обертання; обґрунтовано та оптимізовано конструктивно-технологічні параметри і режими роботи конусно-лопатевого робочого органу індивідуального роздавача-дозатора комбікормів; експериментально встановлено залежність нерівномірності видачі комбікорму конусним і конусно-лопатевим дозувальними робочими органами від конструктивно-технологічних і режимних параметрів; обґрунтовано структурну схему підсистеми автоматизованої системи управління технологічним процесом (АСУ ТП) роздавання комбікормів автоматизованим індивідуальним роздавачем-дозатором; розроблено методику інженерного розрахунку параметрів роздавача-дозатора; експериментально досліджено вплив норми видачі комбікорму на точність дозування у виробничих умовах; подано методику оцінки економічної ефективності роздачі комбікормів автоматизованим індивідуальним роздавачем-дозатором.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати досліджень, за темою дисертації доповідались й отримали позитивну оцінку на: IХ Міжнародному симпозіумі з машинного доїння сільськогосподарських тварин (м. Оренбург, 1997 р.); Міжнародній науково-практичній конференції “Механізація і автоматизація технологічних процесів у молочному скотарстві” (м. Львів, 1999 р.); Міжнародній науково-технічній конференції ННЦ “ІМЕСГ” “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (с.м.т. Глеваха, 2002р.); Міжнародному симпозіумі з машинного доїння корів ВАТ “Брацлав” (с.м.т. Брацлав, 2004р.); Міжнародній науково-практичній конференції “Агромех -2004” (м. Львів, 2004р.); звітних наукових конференціях аспірантів та здобувачів ЛДАУ (м. Львів, 2000-2004рр.); на розширеному засіданні наукового семінару кафедри механізації і автоматизації в тваринництві Львівського державного аграрного університету (Львів, 2005 р.).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 17 наукових праць, з них у фахових виданнях - 10, одна стаття у науковому журналі, чотири наукові праці є одноосібними, отримано чотири деклараційні патенти України на винаходи. Загальний обсяг публікацій становить 4,68 друк. арк., з яких 3,52 друк. арк. є особистим доробком автора.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Основний зміст дисертації викладено на 170 сторінках машинописного тексту, вона складається з вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел (139 найменувань, з них 11 іноземною мовою) та додатків, містить 69 рисунків, 24 таблиць і 94 сторінок додатків.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету та поставлено задачі досліджень, окреслено наукову новизну і практичне значення отриманих результатів наукових досліджень.

У першому розділі “Стан питання механізації і автоматизації індивідуальної годівлі” проведено аналіз існуючих способів і засобів годівлі, роздавання і дозування сипучих кормів, конструкцій роздавачів і дозаторів, огляд теорій витікання сипучих кормів із бункерів у процесі їх дозування і роздавання; визначено задачі дослідження та шляхи їх вирішення для досягнення поставленої мети. На основі аналізу наукових праць відомих вчених запропоновано нову класифікацію індивідуальних дозаторів сипучих кормів, що використовуються в сільському господарстві. Вагомий вклад у вирішення проблеми зробили такі відомі вчені, як

І. І. Ревенко, С.В. Мельников, Г.М. Кукта, В.Г. Коба, Б.В. Кононов, М.В. Брагінець, Я.А. Кузьміч, В.С. Симанович, В. Р. Краусп, Л. Я. Степук, Ю.Д. Відінєєв, С.П. Орлов, В.І. Лобанов, Г.Г. Палкін, А.А. Мансуров, та ін.

Аналіз проведених раніше досліджень показав, що технологічний процес роздавання і дозування сухих сипучих комбікормів вивчений ще недостатньо. Відомі конструкції роздавачів і дозаторів сипучих кормів частково не відповідають зоотехнічним вимогам на процес дозування комбікормів, є складними в конструкції та регулюванні норми видачі і метало- та енергоємними, що вимагає розробки нового, ефективнішого автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора комбікормів.

У другому розділі “Теоретичні дослідження індивідуального роздавача-дозатора комбікормів” на основі аналізу існуючих тенденцій розвитку роздавачів і дозаторів сипучих кормів було обґрунтовано й створено нову конструкцію автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора комбікормів з конусно-лопатевим робочим органом (рис.1).

Для розробленої конструктивно-технологічної схеми індивідуального роздавача-дозатора комбікормів виконано аналітичне дослідження технологічного процесу дозування з метою обґрунтування та оптимізації його конструктивно-технологічних і режимних параметрів та випускної горловини бункера.

Для бункера прямокутного перерізу (рис. 2, а, б) із конусною насадкою з діаметром D (рис. 2, в) виведено диференціальне рівняння дії сил на елементарний об'єм комбікорму:

. (1)

де - тиск комбікорму, Па; - висота елементарного об'єму комбікорму, м;

- діаметр насадки випускної горловини бункера, м; - густина комбікорму, кг/м³; - прискорення вільного падіння, м/с²; - прискорення матеріальної точки, м/с²; - коефіцієнт тертя комбікорму у стінки бункера, м; - кут упакування кульок комбікорму, град.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Схема індивідуального роздавача-дозатора комбікормів: 1 - нерухома балка; 2 - рухомі каретки; 3 - електродвигун приводу кареток ; 4 - рама; 5 - бункер роздавача-дозатора; 6 - привідний вал; 7 - підшипники; 8 - електродвигун з редуктором приводу робочого органу; 9 - муфта; 10 - насадка випускної горловини бункера; 11 - захисний кожух 12 - конусно-лопатевий робочий орган; 13 - направляч потоку.

Основним фактором у рівнянні (1) виступає тиск комбікорму, що знаходиться за формулою

, (2)

де - константа; - відстань від початку координат до довільного перерізу, м.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Відповідно продуктивність насадки випускної горловини бункера індивідуального роздавача-дозатора комбікормів розраховується за формулою

, (3)

де Q_бун- продуктивність насадки випускної горловини бункера індивідуального роздавача-дозатора комбікормів, кг/с; - значення тиску за , Па; - функції змінної ; - висота бункера, м.

Аналіз рівняння (3) показує, що зі збільшенням діаметра насадок випускної горловини бункера в межах D = 0,1…0,16 м продуктивність зростає від Q_бун= 3,12 до Q_бун= 14,31 кг/с і має майже прямолінійний характер. Встановлено, що використання діаметра випускної горловини бункера в межах D = 0,1…0,16 м забезпечить стабільний режим живлення робочого органу індивідуального роздавача-дозатора.

Для розробки аналітичної моделі продуктивності дозатора розглянуто рух матеріальної точки М (рис. 3) по поверхні конусно-лопатевого дозувального робочого органу твірна якого нахилена під кутом . На матеріальну точку М, розміщену на дозувальному робочому органі, діє радіальна складова швидкості , яка напрямлена вздовж твірної одиничного вектора, та дотична складова швидкості, а схема сил, що діють на елементарний об'єм комбікорму на конусно-лопатевому дозувальному робочому органі, наведена на рис. 4.

Розглядаючи виділений елемент комбікорму як матеріальну точку, складали диференціальне рівняння його руху. Згідно з принципом незалежності дії сил можна записати:

, (4)

де m - маса елементарної частинки комбі корму, кг; a - прискорення матеріальної точки М, м/с² ; G - вага елементарного об'єму, Н; F_1T - сила внутрішнього тертя ковзання, Н; F_2T - сила тертя між частинкою комбікорму і конусним робочим органом, Н; F_3T - сила тертя, Н; N - нормальна реакція, Н; N₂ - нормальна сила, Н; p - тиск, Па; S₀ - площа поперечного перерізу об'єму комбікорму в плані, м².

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сила тертя між частинкою комбікорму і конусним дозувальним робочим органом визначається за формулою

, (6)

де f₂ - зовнішній коефіцієнт тертя ковзання між елементарним об'ємом комбікорму і конусним дозувальним робочим органом.

Сила тертя, яка напрямлена протилежно до радіального напряму, визначається за формулою

, (7)

Сила внутрішнього тертя ковзання, яка напрямлена протилежно до вектора абсолютної швидкості, визначається за формулою

, (8)

де - коефіцієнт внутрішнього тертя ковзання (зчеплення); - кут твірної конуса при його основі, град.

Кінцеве диференціальне рівняння для визначення швидкості руху матеріальної частинки комбікорму відносно лопаток записується у вигляді:

, (9)

де - кінцеве значення радіальної складової швидкості руху елементарної частинки комбікорму, м/с; , - абсолютна і відносна швидкість руху матеріальної частинки комбікорму, м/с; N₁, N₃ - сили, що діють на одиницю площі, Па; - кутова швидкість обертання конусно-лопатевого робочого органу, рад/с; l - відстань від вершини конуса до точки М, м.

Продуктивність роздавача-дозатора комбікормів розраховували за формулою

, (10)

де Q_кл - продуктивність роздавача-дозатора комбікормів, кг/с; D_кл - діаметр конусно-лопатевого робочого органу, м.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Результати аналітичного моделювання продуктивності індивідуального роздавача-дозатора з конусно-лопатевим робочим органом показано на рис. 5,

У результаті моделювання для умов, коли коефіцієнт внутрішнього тертя ковзання - 0,445 та зовнішнього тертя між елементарним об'ємом комбікорму і робочим органом - 0,643, теоретична продуктивність конусного робочого органу в діапазоні зміни кутів твірної конуса при його основі - 0-20^_, кільцевого зазору між випускною горловиною бункера і дозувальним робочим органом - 0,004-0,008 м, частот його обертання - 0,28-1,39 с^-1 та зафіксованого діаметра робочого органу 0,11 м знаходилась у діапазоні 2,0-75,0•10^-3 кг/с. Теоретична продуктивність конусно-лопатевого робочого органу при обґрунтованих конструктивно-технологічних параметрах конусного робочого органу в діапазоні зміни висоти лопаток 0,005-0,011 м їх кількості 1-3 шт., частоти обертання робочого органу - 1-2,5 с^-1 знаходилась в діапазоні - 70,1-558•10^-3 кг/с. Найвищу продуктивність (0,558 кг/с) було отримано за частоти обертання робочого органу 2,5 с^-1 та його діаметра 0,2 м, висоти лопаток 0,008 м їх кількості 2 шт.

Виведена аналітична модель потужності процесу дозування комбікормів конусно-лопатевим робочим органом, яка розраховується за формулою

, Вт (11)

де Z - кількість лопаток, шт.; h_л - висота лопаток, м; - кінцеві значення радіальної і поперечної складової швидкості руху елементарної частинки комбікорму, м/с; m_кл - маса конусно-лопатевого дозувального робочого органу, кг; f_n - коефіцієнт тертя в підшипниках; d_n - діаметр підшипника, м.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Результати аналітичного моделювання потужності процесу дозування конусно-лопатевим робочим органом показані на рис. 7, 8.

У результаті моделювання формули (11) встановлено, що максимальна потужність процесу дозування індивідуальним роздавачем-дозатором з конусно-лопатевим робочим органом досягається за частоти обертання n = 2,5 с^-1 та його діаметра D_кл = 0,2, висоти лопаток h_л= 0,008 м їх кількості Z = 3 шт. і становить

N_кл = 7,02 Вт.

Розроблено номограму для визначення режимів роботи індивідуального роздавача-дозатора комбікормів (рис. 9).

Рис.9. Номограма для визначення режимів роботи індивідуального роздавача-дозатора комбікормів.

За максимальної продуктивності роздавача-дозатора 0,558 кг/с, норми видачі комбікорму 2,0 кг та фронту годівлі 1,2 м швидкість його руху, тривалість роздавання і частота обертання конусно-лопатевого дозувального робочого органу становлять відповідно 0,33 м/с, 3,5 с, 2,5 с^-1.

У третьому розділі “Програма і методика експериментальних досліджень індивідуального дозатора та роздавача-дозатора комбікормів” описано експериментальні установки, методики проведення і обробки результатів експериментальних досліджень, обґрунтування та оптимізацію конструктивно-технологічних параметрів і режимів роботи індивідуального дозатора та роздавача-дозатора.

Програмою експериментальних досліджень передбачено вирішення наступних задач: визначення фізико-механічних характеристик комбікормів та встановлення їх впливу на процес дозування; виявлення вагомості чинників, що впливають на продуктивність дозатора; обґрунтування конструктивно-технологічних і режимних параметрів конусного робочого органу та дослідження його на нерівномірність видачі комбікорму; дослідження впливу зміни висоти лопаток їх кількості, частоти обертання та діаметра конусно-лопатевого робочого органу на продуктивність, потужність процесу дозування і нерівномірність видачі комбікорму; обґрунтування та оптимізація конструктивно-технологічних параметрів і режимів роботи конусно-лопатевого робочого органу; дослідження автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора комбікормів з конусно-лопатевим робочим органом в виробничих умовах.

У лабораторних умовах досліджували та визначали фізико-механічні характеристики розсипних комбікормів - вологість, гранулометричний склад, густину, кут природного відкосу. Лабораторні та виробничі дослідження індивідуального дозатора та роздавача-дозатора проведено тільки на комбікормі, оскільки зерно фуражної пшениці нераціонально згодовувати тваринам у чистому вигляді. індивідуальний дозатор комбікорм

Для проведення експериментальних досліджень використано стандартизоване обладнання, а також розроблено і виготовлено кроковий електродвигун постійного струму з електричною схемою керування, пристрій для вимірювання маси комбікорму в бункері роздавача-дозатора, вимірювачі крутного моменту та потоку сипучих матеріалів, установки індивідуального дозатора та роздавача-дозатора

Загальний вигляд індивідуального роздавача-дозатора комбікормів для дослідження конусно-лопатевого дозувального робочого органу наведено на рис. 10.

Досліджувалися робочі органи конусного та конусно-лопатевого типу з кутами твірної конуса при його основі 0-20^_, діаметрами 0,11; 0,155; 0,2 м, висотою лопаток 0,005-0,011 м і кількістю 1-4 шт.

З метою визначення незначущих факторів, що впливають на критерій оптимізації, проведено відсівний експеримент методом випадкового балансу. За критерій оптимізації прийнято продуктивність індивідуального дозатора комбікормів. Факторами були частота обертання робочого органу та його діаметр; висота лопаток та їх кількість; кут твірної конуса при його основі; маса комбікорму в бункері дозатора; кільцевий зазор між випускною горловиною бункера і робочим органом; кут природного відкосу.

Для обґрунтування та оптимізації конструктивно-технологічних параметрів і режимів роботи індивідуального дозатора і роздавача-дозатора з конусним та конусно-лопатевим робочими органами використовувався метод планованого багатофакторного експерименту.

За критерій оптимізації прийнято енергоємність, продуктивність, потужність процесу дозування та нерівномірність видачі комбікорму. Факторами, які впливають на критерій оптимізації, були: кут твірної конуса при його основі; кільцевий зазор між випускною горловиною бункера і робочим органом; висота лопаток та їх кількість; частота обертання робочого органу та його діаметр.

У четвертому розділі “Аналіз результатів експериментальних досліджень індивідуального дозатора та роздавача-дозатора комбікормів” наведено результати експериментальних досліджень індивідуального дозатора та роздавача-дозатора комбікормів в лабораторних і виробничих умовах.

У результаті відсівного експерименту встановлено, що маса комбікорму в бункері дозатора та кут природного відкосу на критерій оптимізації значного впливу не мають, а решта факторів є вагомими.

У результаті обробки експериментальних даних одержали математичну модель другого порядку для енергоємності індивідуального процесу дозування з конусним робочим органом:

, Вт•c/кг, (12)

де n - частота обертання конусного дозувального робочого органу, с^-1; б - кут твірної конуса при його основі, град.; h - кільцевий зазор між випускною горловиною бункера і робочим органом, м.

Аналіз рівняння регресії (12) показав, що оптимальним є кут твірної конуса при його основі - 20^_ та кільцевий зазор між випускною горловиною бункера та робочим органом - 0,008 м. Енергоємність процесу дозування за частоти обертання робочого органа 1,39 с^-1 становила 4,58 Вт•с/кг.

В результаті обробки експериментальних даних одержали математичні моделі другого порядку для визначення продуктивності, потужності процесу дозування та нерівномірності видачі комбікорму індивідуальним роздавачем-дозатором з конусно-лопатевим робочим органом:

кг/с; (13)

, Вт. (14)

,%. (15)

Одержані математичні моделі досліджувались за допомогою програмного пакета Mathcad 2000. Геометричні поверхні відгуків критеріїв оптимізації наведені на рис. 11.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 11. Геометричні поверхні відгуків (а) продуктивності Q_кл, (б) потужності процесу дозування N_кл (в) нерівномірності видачі комбікорму н конусно-лопатевим дозувальним робочим органом для вивчення впливу факторів, висоти лопаток h_л та їх кількості Z при фіксованих значеннях частоти обертання робочого органу n = 2,5 с^-1 та його діаметра D_кл = 0,2 м.

На підставі вирішення компромісних задач оптимізовано конструктивно- технологічні параметри конусно-лопатевого робочого органу індивідуального роздавача-дозатора комбікормів: висота лопаток h_л = 0,008 м, кількість Z = 2шт.

При оптимізованих конструктивно-технологічних параметрах продуктивність роздавача-дозатора становила Q_кл = 545,32•10^-3 кг/с, потужність процесу дозування N_кл = 6,554 Вт, нерівномірність видачі комбікорму н = 1,7 %.

Для обґрунтування конструктивно-технологічних параметрів і режимів роботи індивідуального роздавача-дозатора з конусно-лопатевим робочим органом були проведені експериментальні дослідження. Встановлено вплив зміни частоти обертання та діаметра на продуктивність, потужність процесу дозування і нерівномірність видачі комбікорму за обґрунтованих та оптимізованих конструктивно-технологічних параметрів конусного та конусно-лопатевого робочих органів. Одержані математичні моделі для визначення продуктивності, потужності процесу дозування і нерівномірності видачі комбікорму:

,·10^-3 кг/с; (16)

, Вт; (17)

, %. (18)

Показано графічні залежності (рис. 12), які характеризують продуктивність, потужність процесу дозування та нерівномірність видачі комбікорму конусно-лопатевим робочим органом від частоти його обертання та діаметра.

Аналіз експериментальних даних показав, що максимальна продуктивність і мінімальна нерівномірність видачі комбікорму конусно-лопатевим робочим органом за діаметра D_кл = 0,2 м і частоти обертання n = 2,5 с^-1 становить 545,53·10^-3 кг/с і 1,66 %. Різниця між даними експериментальних досліджень і результатів теоретичного моделювання не перевищує в середньому 9%.

Результати експериментальних досліджень автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора у виробничих умовах показали, що на точність дозування задана норма видачі комбікормів на даванку впливає несуттєво. За частоти обертання конусно-лопатевого робочого органу 2,5 с^-1 точність дозування змінюється в межах 1,64-1,52 %, що задовольняє зоотехнічні вимоги на технологічний процес дозування комбікормів.

У п'ятому розділі “Економічна ефективність роздачі комбікормів автоматизованим індивідуальним роздавачем-дозатором ” відтворена економічна оцінка, яка показує, що впровадження автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора комбікормів у складі АСУ ТП виробництва молока при роздаванні комбікормів дозволить одержати очікуваний річний економічний ефект з розрахунку на 100 корів. Економія комбікормів складатиме до 138,24 ц, електроенергії - 90,34 кВт, затрат праці - 2737,5 люд.-год., при цьому одержано технологічний ефект від приросту виробництва молока в кількості 99,54 ц. Сумарний очікуваний економічний ефект за рік становить 28957 грн., а економічний ефект на одну корову складає 289,57 грн./рік.

висновки

1. Найбільш ефективним способом годівлі дійних корів залежно від їх продуктивності при прив'язній і безприв'язній технологіях утримання є індивідуальна нормована годівля. Годівлю дійних корів найефективніше здійснювати повнораціонними комбікормами, оскільки вони є найпоживнішими. Це дозволяє підвищити продуктивність корів на 25-30%.

2. Із проведеного аналізу існуючих засобів для роздавання і дозування сипучих кормів при прив'язній і безприв'язній технологіях утримання відомо, що конструкції роздавачів і дозаторів частково не задовольняють зоотехнічним вимогам на процес дозування комбікормів, складні за конструкцією і в регулюванні норми видачі, метало- та енергоємні, мають значну вартість.

3. На основі багатокритеріального аналізу типів конструкцій дозаторів для дозування сипучих матеріалів встановлено, що вимогам, які ставляться до процесу дозування комбікормів для індивідуальної нормованої годівлі відповідає конусний і конусно-лопатевий дозувальні робочі органи.

4. Для забезпечення належного режиму живлення дозатора самопливним способом діаметр насадки випускної горловини бункера повинен становити 0,1…0,16 м.

5. Виконані аналітико-теоретичні дослідження процесу дозування комбікормів дають можливість визначити теоретичну продуктивність і потужність процесу дозування індивідуальним дозатором з конусним та конусно-лопатевим робочими органами залежно від частоти обертання, кута твірної конуса при його основі, кільцевого зазору між випускною горловиною бункера і робочим органом, висоти лопаток та їх кількості, діаметра робочого органу та обґрунтувати конструктивно-технологічні і режимні параметри дозатора.

6. На основі проведених теоретичних досліджень одержано аналітичні залежності, які дають можливість узгодити продуктивність і швидкість руху індивідуального роздавача-дозатора комбікормів з тривалістю роздавання та частотою обертання конусно-лопатевого дозувального робочого органа за різних норм видачі та фронту годівлі. За максимальної продуктивності роздавача-дозатора 0,558 кг/с, норми видачі комбікорму 2,0 кг та фронту годівлі 1,2 м швидкість руху, тривалість роздавання і частота обертання конусно-лопатевого дозувального робочого органу становлять відповідно 0,33 м/с, 3,5 с, 2,5 с^-1.

7. Експериментально встановлено, що зміна кута природного відкосу розсипних комбікормів в межах від 33 до 40^_ впливає на продуктивність індивідуального дозатора несуттєво і може не братись до уваги в інженерних розрахунках параметрів дозувальних робочих органів.

8. Експериментально встановлено, що зміна частоти обертання, кута твірної конуса при його основі і кільцевого зазору між випускною горловиною бункера і робочим органом індивідуального дозатора з конусним робочим органом, призводить до збільшення енергоємності процесу дозування від 0,87 до 5,15 Вт·с/кг. Для забезпечення максимальної продуктивності конусного робочого органу з мінімальною енергоємністю процесу дозування кут твірної конуса при його основі становить 20^_, кільцевий зазор між випускною горловиною бункера і конусним робочим органом - 0,008 м , частота його обертання - 1,39 с^-1.

9. У результаті планованих багатофакторних експериментів одержано рівняння регресії для визначення продуктивності, потужності процесу дозування та нерівномірності видачі комбікорму конусно-лопатевим дозувальним робочим органом залежно від висоти лопаток, їх кількості, частоти обертання робочого органу та його діаметра. Аналіз математичних моделей дозволив встановити оптимальні параметри конусно-лопатевого робочого органу індивідуального роздавача-дозатора комбікормів: висота лопаток - 0,008 м та кількість - 2 шт. При цьому продуктивність, потужність процесу дозування та нерівномірність видачі становили відповідно 545,32·10^-3 кг/с, 6,554 Вт, 1,7 %. Обґрунтовано параметри та режими роботи індивідуального роздавача-дозатора, а саме частоту обертання робочого органу, яка становить 2,5 с^-1, і його діаметр - 0,2 м, за яких продуктивність, потужність процесу дозування та нерівномірність видачі становили 545,53·10^-3 кг/с, 6,572 Вт, 1,66 %.

10. У результаті експериментальних досліджень автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора комбікормів з конусно-лопатевим робочим органом у виробничих умовах встановлено, що в діапазоні норм видачі від 0,2 до 2,0 кг точність дозування становила 1,64-1,52 %.

11. Впровадження у виробництво запропонованого автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора комбікормів з конусно-лопатевим робочим органом дозволить отримати очікуваний річний економічний ефект в розрахунку на 100 корів 28957 грн. і приріст виробництва молока в кількості 99,54 ц/рік, економія комбікормів становить 138,24 ц/рік.

Список опублікованих праць

1. Банга В. І., Сиротюк С.В. Аналіз та обґрунтування технології індивідуальної роздачі концентрованих кормів //Механізовані процеси сільськогосподарського виробництва: Зб.наук.пр.-Львів: Львів. держ. с.-г. ін-т, 1995.-С. 62-66. (здобувачем проведено аналіз існуючих конструкцій роздавачів).

2. Банга В. І. Обґрунтування конструкції індивідуального мобільного роздавача-дозатора концентрованих кормів //Вісн. Львів. держ. аграр. ун-ту: Агроінженерні дослідження.-1998.- №2.- С. 119-122.

3.Сиротюк В.М, Дмитрів В.Т., Носов Ю.М., Сиротюк С.В., Кондур С.М., Банга В.І. Экспертная автоматизированная система управления технологическими процессами (ЭАСУ ТП) производства молока //Тез. докл. ІХ Междунар. симп. по машинному доению сельскохозяйственных животных.-Оренбург, 1997.- С.153-155. (здобувачем запропоновано ввести до складу АСУ ТП виробництва молока індивідуальний автоматизований роздавач-дозатор та обґрунтовано його функції).

4. Сиротюк В.М., Дмитрів В.Т., Медиковський М. О., Шолудько Я. В., Сиротюк С.В., Кондур С.М., Банга В.І. Автоматизована система управління технологічними процесами виробництва // Інформаційні технології і системи. - Львів.- 1999. - Т.2, №1. - С. 162-169. (здобувачем запропоновано в структурну схему АСУ ТП ввести індивідуальний кормороздавач комбікормів та обґрунтовано функції системи).

5. Сиротюк В.М., Дмитрів В.Т., Носов Ю.М., Сиротюк С.В., Кондур С.М., Банга В.І. Апаратне і програмне забезпечення автоматизованої системи управління технологічним процесом виробництва молока //Вісн. Львів. держ. аграр. ун-ту: Агроінженерні дослідження. -1999. -№3. - С. 4-7. (здобувачем запропоновано структурно-функціональну схему АСУ ТП з автоматизованим кормороздавачем комбікормів).

6. Сиротюк В.М., Дмитрів В.Т., Медиковський М. О., Шолудько Я. В., Жінчин Я.С., Кондур С.М., Банга В.І. Експертна автоматизована система управління технологічним процесом // Вісн. держ. ун-ту Львівська політехніка Комп'ютерна інженерія та інформаційні технології.- 2000. - №392. - С.162-165. (здобувачем обґрунтовано доцільність експертної автоматизованої системи управління технологічним процесом з використанням індивідуального кормороздавача).

7. Деклараційний патент 40997. Україна, МПК А01К 5/02. Дозатор сипучих кормів / В.М. Сиротюк, В.І. Банга, В.Т. Дмитрів, Я.С. Жінчин.- № 2000127505; Заявл. 26.12.2000; Опубл. 15.08.2001, Бюл. №7. (здобувачем розроблено тип дозувального робочого органу).

8. Деклараційний патент 52059. Україна, МПК А01К 5/02. Дозатор сипучих кормів. / В.І. Банга, Я.С. Жінчин, В.Т. Дмитрів і ін.- № 2002010755; Заявл. 30.01.2002; Опубл.16.12.2002, Бюл. №12. (здобувачем розроблено тип дозувального робочого органу).

9. Деклараційний патент 48479. Україна, МКИ G01F1/76. Вимірювач маси потоку сипучих матеріалів / Банга В.І., Сиротюк В.М., Дмитрів В.Т., та ін. - № 2001096131; Заявл. 05.09.2001; Опубл. 15.08.2002, Бюл. №8. (здобувачем розроблено тип і конструкцію вимірювальної площини).

10. Жінчин Я.С., Банга В.І. Дослідження рівномірності подачі дискового дозатора комбікормів // Вісн. Львів. держ. аграр. ун-ту: Агроінженерні дослідження. - 2002. - №6.- С.141-147. (здобувачем запропоновано методику для дослідження рівномірності подачі дискового дозатора комбікормів).

11. Банга В. І. Експериментальні дослідження індивідуального дозатора комбікормів з конусним робочим органом // Вісн. Львів. держ. аграр. ун-ту: Агроінженерні дослідження. - 2003. - №7. - С. 123-127.

12. Деклараційний патент 70691. Україна, МКИ G01L5/00, G01L5/24. Вимірювач крутного моменту / Банга В.І., Дмитрів В.Т., Жінчин Я.С., Сиротюк В.М. - № 200312121556; Заявл. 23.12.2003; Опубл. 15. 10.2004, Бюл. №10. (здобувачем розроблено тип і конструкцію вимірювальної площини).

13. Дмитрів В.Т., Жінчин Я.С., Банга В.І. Дослідження вимірювача маси потоку сипучих матеріалів // Вісн. Львів. держ. аграр. ун-ту: Агроінженерні дослідження. - 2004. - №8. - С.201-209. (здобувачем розроблена конструкція вимірювача маси потоку сипучих матеріалів, обґрунтовано аналітично розміри вимірювальної площини).

14. Дмитрів В.Т., Жінчин Я.С., Сиротюк В.М., Банга В.І. Автоматизований роздавач-дозатор комбікормів стосовно АСУ ТП виробництва молока // Матеріали XII Міжнародного (I Українського) симпозіуму з питань машинного доїння корів.-Брацлав, 2004.- С.332-335. (здобувачем розроблена конструктивно-технологічна схема функціонування автоматизованого роздавача-дозатора комбікормів).

15. Дмитрів В.Т., Жінчин Я.С., Банга В.І. Особливості конструкції вимірювача крутного моменту //Матеріали Міжнар. наук. - прак. конф. “Агромех-2004”. - Львів, 2004. - С.162-165. (здобувачем розроблена конструкція вимірювача крутного моменту та методика тарування).

16. Банга В.І. Математична модель роботи індивідуального дозатора комбікормів з конусним робочим органом // Вісн. Львів. держ. аграр. ун-ту: Агроінженерні дослідження. - 2005. - №9. - С.143-150.

17. Банга В.І. Експериментальні дослідження індивідуального дозатора комбікормів з конусно-лопатевим дозувальним робочим органом //Вісн. Харк. нац. техн. ун-ту ім. П. Василенка: Вдосконалення технологій та обладнання виробництва продукції тваринництва. - 2005. - Вип. 42. - С. 79-83.

Анотація

Банга В.І. Обґрунтування та оптимізація параметрів мобільного роздавача-дозатора концентрованих кормів для індивідуальної нормованої годівлі корів.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.11 - машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва. - Національний науковий центр “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” Української академії аграрних наук, смт. Глеваха, 2006.

Дисертація присвячена питанням роздавання і дозування комбікормів. Проаналізовано існуючі конструкції роздавачів і дозаторів сипучих кормів, праці вчених, присвячені цій проблемі, доведена необхідність розробки автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора комбікормів з конусно-лопатевим робочим органом.

Розроблено конструкцію автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора. Проведено теоретичний аналіз технологічного процесу роздавання і дозування комбікормів. Визначено конструктивно-технологічні параметри роздавача-дозатора і режими роботи, проведено їх обґрунтування та оптимізацію. Експериментальними дослідженнями доведено ефективність роботи автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора комбікормів.

Ключові слова: комбікорм, лопатка, продуктивність, потужність, нерівномірність видачі, роздавач-дозатор, робочий орган.

Банга В.И. Обоснование и оптимизация параметров мобильного раздатчика-дозатора концентрированных кормов для индивидуального нормируемого кормления коров. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук за специальностью 05.05.11 - машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. - Национальный научный центр “Институт механизациии электрификации сельського хозяйства” Украинской академии аграрных наук, пгт. Глеваха, 2006.

Диссертация посвящена вопросам раздачи и дозирования комбикормов. Проанализированы существующие конструкции раздатчиков и дозаторов сыпучих кормов, труды ученых посвященные этой проблеме, установлена необходимость разработки автоматизированного индивидуального раздатчика-дозатора комбикормов с конусно-лопастным рабочим органом.

На основании проведенного анализа способов и средств для раздачи и дозирования, конструкций существующих дозаторов сыпучих материалов доказана необходимость разработки автоматизированого индивидуального раздатчика-дозатора комбикормов, позволяющегося повысить продуктивность и снизить мощность на дозирование и неравномерность выдачи комбикорма за счет оснащения его конусно-лопастным рабочим органом.

На основе анализа существующих раздатчиков сыпучих кормов разработана конструктивно-технологическая схема индивидуального раздатчика-дозатора.

Для обеспечения надлежащего режима питания дозатора способом самотека проведенные теоретические исследования процесса вытекания комбикорма з бункера раздатчика-дозатора. Для этого рассмотренное движение элементарного объема комбикорма в бункере раздатчика-дозатора с круглым и прямоугольным поперечными сечениями и вертикальной нагрузкой, что позволило получить дифференциальное уравнение движения описывающее процесс вытекания сыпучего комбикорма в бункере. Полученная формула для определения производительности насадки выпускной горловины бункера, которая позволяет моделировать процесс вытекания комбикормов з бункера разной формы поперечного сечения в зависимости от конструктивных размеров.

Проведен теоретический анализ технологического процесса раздачи и дозирования комбикормов, в результате которого получены математические зависимости, характеризующие технологический процесс раздачи и дозирования сыпучих комбикормов и, позволяющие определить основные конструктивно-технологические и режимные параметры раздатчика-дозатора.

Подано программу и методику экспериментальных исследований индивидуального дозатора и раздатчика-дозатора комбикормов, описано установки, методики проведения и обработки экспериментальных исследований. Для проведения исследований использовано стандартизированное оборудование, а также разработано и изготовлено шаговый электродвигатель постоянного тока с электрической схемой управления, устройство для измерения массы комбикорма в бункере раздатчика-дозатора, измерители крутящего момента и потока сыпучих материалов, установки индивидуального дозатора и раздатчика-дозатора комбикормов для исследования конусного и конусно-лопастного рабочих органов.

С целью отклонения незначущих факторов, которые влияют на производительность индивидуального дозатора комбикормов, был проведен отсевной эксперимент методом случайного баланса.

Проведено обоснование и оптимизация технолого-конструктивных и режимных параметров индивидуального раздатчика-дозатора комбикормов путем решения компромиссной задачи.

В результате проведенных экспериментальных исследований индивидуального раздатчика-дозатора комбикормов в лабораторных и производственных условиях установлено его эффективность работы (четыре декларационных патента Украины № 40997, № 48479, № 52059, № 70691). Ожидаемый экономический эффект за год от внедрения автоматизированного индивидуального раздатчика-дозатора в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) производства молока при раздаче комбикормов в расчете на 100 коров составляет 28957 грн.

Разработанный автоматизированный индивидуальный раздатчик-дозатор комбикормов с конусно-лопастным рабочим органом может быть использован как в составе АСУ ТП производства молока, так и в режиме автономной его работы.

Ключевые слова: комбикорм, лопатка, производительность, мощность, неравномерность выдачи, раздатчик-дозатор, рабочий орган.

Banha V.І. Substantiation and optimization of parameters of the mobile concentrated forage distributing and metering device for the individual rationed cows feeding.- Manuscript.

The candidate of technical sciences degree dissertation on speciality 05.05.11 - machines and means of mechanization of agricultural production. The National scientific center “The Institute of mechanization and electrification of agriculture” of the Ukrainian academy of the agrarian sciences, Glevaha, 2006.

Dissertation is devoted to the questions of distribution and dosage of the mixed fodders. The existing designs of the distributers and friable feed metering devices as well as the scientific papers devoted to the problem have been analysed. The necessity of working out of the automated individual mixed fodder distributor and dosage device with the cone-blade tool has been proved.

The design of the automated individual fodder distributing and metering device was developed. The theoretical analysis of the technological process of distribution and dosage of the mixed fodder has been carried out. The design and technological parameters of the distributing and metering device as well as the mode of operation have been defined. Substantiation and optimization of the latter have been done. The efficiency of operation of the automated individual mixed fodder distributor and dosage device has been proved by the experimental researeh.

Key words: mixed fodder, cone-blade tool, efficiency, productivity, power, capacity, tool, distributor and dosage device, design.

Размещено на Allbest.ru

...