Повышение эффективности выращивания молодняка крс путем оптимизации параметров и режимов работы установки индивидуального нормирования концентратов

Вид материала

Автореферат

Содержание Валге Александр Мартынович Солодун Василий Иванович Общая характеристика работы Цель исследования. Объект исследования. Методы исследования. Научную новизну Практическую значимость Апробация и реализация результатов исследования. Структура и объем диссертации. Содержание работы В первой главе Во второй главе В третьей главе В четвертой главе Общие выводы и рекомендации

Подобный материал:

• Повышение эффективности систем естественной вентиляции в помещениях для содержания, 291.06kb.
• Программа подготовки: Оптимизация структур, параметров и режимов систем электроснабжения, 146.95kb.
• Программа подготовки: Оптимизация структур, параметров и режимов систем электроснабжения, 109.45kb.
• Программа подготовки: Оптимизация структур, параметров и режимов систем электроснабжения, 173.18kb.
• Программа подготовки: Оптимизация структур, параметров и режимов систем электроснабжения, 145.75kb.
• Магистерская программа: Оптимизация структур, параметров и режимов систем электроснабжения, 134.24kb.
• Программа подготовки: Оптимизация структур, параметров и режимов систем электроснабжения, 149.78kb.
• Р. Г. Козявкин московский инженерно-физический институт (государственный университет), 32.72kb.
• Селения в рыбных продуктах связано не только с расширением и совершенствованием промысла, 136.76kb.
• Повышение надежности дизельных двигателей путем оптимизации регулировочных параметров, 211.56kb.

На правах рукописи


Вторый Сергей Валерьевич


ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫРАЩИВАНИЯ

МОЛОДНЯКА КРС ПУТЕМ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ И

РЕЖИМОВ РАБОТЫ УСТАНОВКИ ИНДИВИДУАЛЬНОГО

НОРМИРОВАНИЯ КОНЦЕНТРАТОВ


Специальность 05.20.01 –

Технологии и средства механизации сельского хозяйства


Автореферат диссертации на соискание ученой

степени кандидата технических наук


Санкт-Петербург -2007


Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук»


Научный руководитель – доктор технических наук,

старший научный сотрудник

Валге Александр Мартынович


Официальные оппоненты – заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор

Вагин Борис Иванович,

Санкт-Петербургский ГАУ;

- кандидат технических наук,

старший научный сотрудник

Солодун Василий Иванович,

ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии


Ведущая организация – Санкт-Петербургский государственный аграрный университет


Защита состоится 12 ноября 2007 года в 9 часов на заседании диссертационного совета К 006.054.01 при ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии по адресу: 196625, Санкт-Петербург , п/о Тярлево, Фильтровское шоссе, д. 3, корпус №1, ауд. 201.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии.


Автореферат разослан «____» ____________ 2007 года.


Ученый секретарь

диссертационного совета Черей Н.Н.


Общая характеристика работы


Актуальность исследований. Успешная Реализация приоритетного национального проекта «Развитие АПК» по направлению «Ускоренное развитие животноводства», напрямую связана с увеличением производства молока и говядины, повышением их качества при снижении себестоимости, что в большой степени зависит от пополнения молочного и откормочного стада КРС полноценным молодняком.

Необходимым в современных условиях является разработка новых и адаптация существующих технологий и технических средств содержания и обслуживания телят в первый, молочный период выращивания, так как именно в это время формируется будущая высокая продуктивность животных, гарантия эффективного производства животноводческой продукции в рыночных условиях.

Важнейшим является полноценное кормление животных в соответствии с зоотехническими требованиями особенно высокоценными, концентрированными кормами. Однако в настоящее время эта технологическая операция, как правило, выполняется вручную, что не позволяет точно соблюдать технологию кормления и ведет к снижению продуктивности животных при высоких затратах труда.

В связи с этим разработка новых технологических решений кормления молодняка крупного рогатого скота с разработкой современных технических средств, чему и посвящена настоящая диссертационная работа, является актуальной задачей.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с Программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития Агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006-2010 гг. по проблеме 09 «Разработать высокоэффективные машинные технологии и технические средства нового поколения для производства конкурентоспособной сельскохозяйственной продукции, энергетического обеспечения и технического сервиса сельского хозяйства».

Цель исследования. Повышение эффективности выращивания молодняка крупного рогатого скота путем оптимизации параметров и режимов установки индивидуального нормирования концентратов, а так же оптимального проектирования технологий выращивания молодняка КРС.

Объект исследования. Объектом исследования является технологический процесс дозирования концентрированных кормов, дозатор с дисковым рабочим органом и технологии выращивания молодняка.

Методы исследования. Теоретические исследования проведены с использованием теории истечения сыпучих материалов. Расчеты и анализ технологий выполнены с использованием теории множеств и программирования баз данных.

Экспериментальные исследования проводились с использованием разработанных частных методик, теории планирования экспериментов и методов математической статистики.

Научную новизну работы составляют:

- компьютерная модель технологии выращивания молодняка КРС;

- аналитические зависимости истечения дозируемых материалов и формирования дозы дисковым дозатором;

- математические модели зависимостей параметров и режимов работы дозатора от вида дозируемого корма;

- конструктивно-технологическая схема дискового дозатора для сыпучих материалов - регистрационный номер заявки 2007133194.

Практическую значимость работы составляют:

- автоматизированная система проектирования технологий выращивания молодняка крупного рогатого скота;

- автоматизированный раздатчик концентрированных кормов молодняку крупного рогатого скота;

- результаты исследований используются в учебном процессе Санкт-Петербургского Государственного аграрного университета при курсовом и дипломном проектировании.

Апробация и реализация результатов исследования.

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях: «Научное обеспечение реализации направления «ускоренное развитие животноводства»», (Подольск, 2006 г.); профессорско-преподавательского состава и аспирантов СПбГАУ (Санкт-Петербург-Пушкин, в 2005, 2006, 2007 г.); «Экология и сельскохозяйственная техника» ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии (Санкт-Петербург, 2007 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано семь печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы включающего 93 наименования их них два на иностранном языке, 12 электронных сайтов и приложений, изложена на 144 страницах, содержит 56 рисунков, 12 таблиц.


СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы. Сформулированы цель и положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследований» проанализированы современные технологии выращивания молодняка КРС, отмечена роль и значение высокоценных кормов в рационе животных, обоснована необходимость их индивидуального нормирования. Приведены зоотехнические требования к способам и средствам механизированной раздачи кормов, технологии и технические средства выдачи их животным, классификация и обзор конструкций дозирующих средств, с точки зрения применимости для выдачи концентрированных кормов. Анализ информации показал, что наиболее перспективным для применения являются объемные дозаторы.

Проблемой дозирования высокоценных кормов в разные годы занимались Л.П. Кормановский, Е.Е. Хазанов, В.И. Сыроватка,
Б.И. Вагин, А.К. Мороз, М.А. Агапов, Л.Я. Степук, М.С. Елисеев, Н.В. Трутнев, И.А. Завалий, В.А. Седунов, В.И Солодун, В.С. Степко, Г.М. Ягудин и другие исследователи. Наибольшее распространение в работах получили: гравитационные, барабанные, тарельчатые, винтовые, ленточные, шиберные, поршневые и другие объемные дозаторы. В них изучались кинематика и динамика воздействия на частицы корма рабочими органами дозаторов, воздействие факторов рабочего процесса на качественные показатели, вопросы управления дозирующе-выгрузными устройствами.

Проведенный анализ показал, что большое количество технических решений для индивидуальной раздачи высокоценных кормов пока не нашло широкого применения. Это обусловлено тем, что все изученные устройства имели свои недостатки, одним из которых является большое отклонение выданных доз от зоотехнических требований. Таким образом, необходим поиск новых технических решений, которые будут просты по конструкции, надежны в эксплуатации, и обеспечивать высокую равномерность выдачи корма для применения их в индивидуальном нормировании кормов молодняку КРС.

Кроме того, большое влияние на себестоимость продукции оказывает технология выращивания молодняка. Рациональный выбор технологии связан с решением многовариантной задачи проектирования, что требует разработки соответствующего алгоритма и компьютерной программы.

В связи с этим для достижения поставленной цели, разработки конструкции объемного дозатора индивидуального нормирования и выбора технологий выращивания, необходимо решить следующие задачи:

-обосновать рациональную конструкцию объемного дозатора индивидуального нормирования концентратов;

-с учетом физико-механических свойств дозируемого материала выполнить теоретические исследования разработанного дозатора, установить взаимосвязи между конструктивными и режимными его параметрами;

-с учетом особенностей индивидуального нормирования выдачи кормов выбрать оптимальные параметры управления процессом дозирования, обеспечивающие заданную точность;

-для проверки и уточнения теоретических предпосылок и выявления технико-экономических характеристик провести экспериментальные исследования дозатора, разработать методику его инженерного расчета;

- провести испытания макета раздатчика-дозатора высокоценных кормов, определить экономическую эффективность и практическую целесообразность его применения;

-разработать алгоритм и компьютерную программу проектирования и сравнительного анализа технологий выращивания.

Во второй главе «Теоретический анализ процесса дозированной индивидуальной раздачи концентратов и обоснование технологических параметров установки» рассмотрены теоретические вопросы истечения дозируемых материалов и формирования порции корма дисковым рабочим органом, на основе полученных аналитических зависимостей процесса обоснованы параметры и режимы работы дозатора, обоснована его конструктивная схема .

Дозирование концентрированных кормов процесс сложный из-за существенного различия их физико-механических свойств. Предварительные теоретические и экспериментальные исследования позволили установить, что наиболее приемлемым и обеспечивающим зоотехнические требования является дозатор дискового типа с использованием гравитационного истечения корма. Принципиальная схема дозатора приведена на рис.1.



Рис. 1. Принципиальная схема дискового дозатора.

Дозатор состоит из корпуса с загрузной горловиной 1, верхнего и нижнего дисков 2 и 3 соединенных осью 4 и с вырезанными отверстиями в виде секторов 5 и 6 с углом , выгрузной горловины 7. Работает дозатор следующим образом. При неподвижных дисках, корм поступает через загрузную горловину 1 на диск 2 и через сектор 5 поступает на диск 3 до тех пор, пока частично не заполнится междисковое пространство h после чего истечение корма прекратится. Секторы дисков повернуты относительно друг друга в горизонтальной плоскости на 180. Истечение корма через сектор 6 нижнего диска 3 не происходит, следовательно дозирования корма нет.

При включении привода дозатора диски 2 и 3 соединенные жестко осью 4 начинают вращаться с угловой скоростью , при этом корм на верхнем и нижнем дисках неподвижен относительно дисков и под действием гравитационных сил он высыпается через сектор 6 нижнего диска 3 в выгрузную горловину 7 и одновременно через сектор 5 верхнего диска 2 происходит заполнение освобождающегося междискового пространства. Этот процесс происходит по мере вращения дисков и после их остановки прекращается. Таким образом, формируется и выдается требуемая порция корма.

Необходимые условия работы дозатора: стабильное истечение корма без сводообразования; при вращении дисков должно исключаться вращение корма с диском; исключается свободное истечение корма при неподвижных дисках; истечение корма через сектор 5 диска 2 должно быть достаточным для заполнения междискового пространства; истечение корма через сектор 6 диска 3 должно быть достаточным для формирования заданной по массе порции корма; должна быть возможность регулирования массы выдаваемой порции корма в требуемых пределах при обеспечении необходимой производительности.

Характер истечения дозируемых материалов можно определить как нормальное истечение. Сводообразование наступает, когда дозирующее отверстие меньше сводообразующего отверстия, гидравлический радиус которого:

R_гсв= ₀ (1+sin γ)/g, (1)

где R_гсв – гидравлический радиус сводообразования, м; ₀ – начальное сопротивление материала сдвигу, Па; γ- угол внутреннего трения материала, град; g – ускорение свободного падения, м/с²;  - насыпная плотность материала, кг/м³

Вращение дисков, способствует разрушению сводов, играет роль механического побудителя истечения материала.

В процессе истечения материала через сектор нижнего диска 6 между нижним диском 3 и верхним диском 2 формируется конус корма с углом  равным углу обрушения дозируемого материала. Свободное истечение материала отсутствует при условии:

h  d tg k,

где  - угол обрушения дозируемого материала, град; k - коэффициент учитывающий условия формирования откоса в зависимости от конструктивных особенностей дозатора и физико-механических свойств дозируемого материала.

Формирование порции корма состоит из двух процессов: истечение материала из загрузной горловины 1 через сектор 5 диска 2 с производительностью Q_з и заполнение дозируемым материалом междискового пространства; истечение материала через сектор 6 диска 3 с производительностью Q_д и формированием порции корма. Необходимым условием стабильной работы дозатора является неразрывность процесса истечения т.е. Q_з  Q_д.

Скорость истечения материала через отверстие определяется по формуле:

υ_и , (2)

где υ_и - скорость истечения материала, м/с;  - коэффициент истечения, учитывающий влияние сил внутреннего трения о стенки отверстия; R_г – гидравлический радиус; Х– коэффициент зависящий от коэффициента внутреннего трения f и определяемый по формуле:

X = 1/f + 2f - (3)

На частицу материала находящуюся на вращающемся диске действуют силы (Рис. 2):




Рис. 2. Расчетная схема дозатора.

Здесь Р = mg - сила тяжести, Н; F_т = Рf_в - сила внешнего трения частицы о поверхность диска, Н; F_тс = P_сf_в - сила внешнего трения частицы о стенку дозатора, Н; F_тв = Рf_вн - сила внутреннего трения частиц материала между собой, Н; F_н - центростремительная (нормальная) сила – это сила связей частицы материала с диском, так как жесткой связи нет, то действие этой силы не существенно и ограничивается силой трения материала о диск, Н; F_ц = m ²/ r_ч = m² r_ч - центробежная сила – сила определяемая силой инерции, численно она равна центростремительной силе но противоположна по направлению, Н; F_к = 2m - сила Кориолиса, проявляется во вращающейся системе и является силой инерции и направлена навстречу , Н.

где f_в – коэффициент внешнего трения; f_вн – коэффициент внутреннего трения; P_с сила давления корма на стенку дозатора, Н;

При работе дозатора присутствуют три режима: пусковой режим, когда угловая скорость дисков от нулевой возрастает до номинальной, здесь имеется угловое ускорение; номинальный (установившийся) режим, когда угловая скорость постоянна и равна номинальной, угловое ускорение отсутствует; остановка, когда угловая скорость уменьшается от номинальной до нулевой, здесь также имеется угловое ускорение.

В момент пуска дозатора на частицу действуют силы: сила тяжести Р, сила трения частицы о поверхность диска F_т, центростремительная (нормальная) сила F_н, центробежная сила F_ц.

Уравнения действия сил по осям X и Y:

F_(x) = mgf_в - m² r_ч; (4)

F_(y) = mgf_в - P_сf_в - 2m (5)

Необходимое условие работы дозатора при вращении диска дозируемый материал должен быть неподвижен относительно диска, при выполнении условия:

mgf_в  P_сf_в + 2m, (6)

В то же время он может перемещаться в радиальном направлении от центра вращения к периферии при условии ² r_ч  gf_в, что будет способствовать улучшению процесса дозирования.

Давление дозируемого материала на стенку определяется зависимостью:

p = k_c h , кг/м²

где k_c – характеристика сыпучести материала и вычисляется по формуле: k_c =1- sinγ'/1+ sinγ',

где γ' - угол естественного откоса материала, град,

С учетом центробежной силы, Н:

P_с = (k_c h  S_б g+ m² R/2), (7)

где S_б – площадь контакта материала со стенкой дозатора, м².

Режим пуска является кратковременным. Определяющим является установившийся режим дозирования. При этом режиме соответственно будут действовать силы (4), (5)в зависимости от режима будет соблюдаться условие:

² r_ч  gf_в; mgf_в  P_сf_в + 2m (8)

В режиме остановки процесс дозирования прекратиться при:

² r_ч  gf_в; mgf_в  P_сf_в + 2m. (9)

Необходимыми условиями обеспечения процесса дозирования материала дисковым дозатором являются:

²r_ч  gf_в; (k_chS_б g+m²R/2)f_в+ 2m mgf_в (10)

Производительность дозатора определяется выражением, кг/с:

Q_max = S_и,

где S = (R² – r²)/360,

R_г = ( (R² - r²) /360) / (((R +r)/360) + 2(R – r)), (11)

Q = R²hn, (12)

где  - коэффициент заполнения междискового пространства;

n – частота вращения дисков, об/с.

Максимальная частота вращения дисков об/с, при которой будет обеспечиваться максимальная производительность дозатора, определяется выражением:

n_max = S_и/R²h; (13)

Затраты энергии на привод дозатора обусловлены сопротивлением от перемещения корма по дискам и трением его о стенку корпуса. Мощность на преодоление этого сопротивления составит (Вт):

N = N_xx + N_т1 + N_т2 + N_тс, (14)

где N_xx – мощность холостого хода, Вт; N_т1 – мощность на преодоление силы трения верхнего диска о корм, Вт; N_т2 - мощность на преодоление силы трения нижнего диска о корм, Вт; N_тс - мощность на преодоление силы трения корма о стенку дозатора, Вт.

На основе поисковых опытов и учитывая конструктивные требования к дозатору принимаем: диаметр дисков дозатора D = 0,045 м,

 = 60, 90, 120.

Производительность дозатора при свободном истечении материала:

Q = 0,182 ÷ 0,455 кг/с;

Частота вращения дисков дозатора:

n = 1,82 ÷4,55 об/с.

Междисковое пространство для лабораторной установки принимаем:

h = 0,02 – 0,04 м.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований дозатора» изложены программа и методика исследований физико-механических свойств дозируемых кормов и рабочего процесса дозатора, приведено описание измерительной и регистрирующей аппаратуры, дана методика обработки экспериментальных данных.

Для проверки и уточнения теоретических предпосылок была разработана и изготовлена лабораторная установка, которая состоит: из дозатора и электрического привода его рабочих органов. На рисунке 3 показаны схема дозатора и двух рабочих органов.

Экспериментальные исследования проведены в соответствии с действующими ГОСТами и общепринятыми методиками.

С целью сокращения числа опытов, для получения математической модели процесса дозирования и оптимизации объекта исследования применено планирование 3^х факторных экспериментов по трех уровневому плану второго порядка Бокса-Бенкина. Данные, полученные во время опытов, обрабатывались с использованием программ Statgraphics Plus и Microsoft Excel.




1

2


3

6


4


5

а

б

Рис. 3. Схема дозатора и его рабочих органов:

1-бункер; 2 –электродвигатель; 3 – корпус дозатора; 4- шестерня;

5-зубчатое колесо; 6-датчик импульсов прибора «ВЕХА-С»;

а - шнековый рабочий орган; б -дисковый рабочий орган.


В четвертой главе «Результаты исследований макета дозирующего органа» приведены результаты исследований физико-механических свойств дозируемых кормов впервые были определены свойства нового концентрированного вида корма - плющеного зерна. Так в среднем плотность плющеного зерна составляет 473 кг/м³, влажность 24,7%, угол естественного откоса 32º, коэффициент внутреннего трения 1,13, коэффициент внешнего трения по металлу 0,66 и другие.

Приведены результаты поисковых исследований шнекового и дискового дозаторов. Анализ показал, что наибольшими преимуществами обладает дисковый дозатор. Погрешность дозирования плющеного зерна и гранулированных концентратов у дискового дозатора гораздо ниже, чем у шнекового при меньшей мощности, необходимой на процесс дозирования. В связи с этим для дальнейших исследований принята конструкция дискового дозатора, изготовлен макет с целью оптимизации его параметров и режимов работы.

Лабораторные исследования макета дискового дозатора проведены с использованием нескольких видов концентрированных кормов: плющеного зерна, рассыпных концентратов, гранулированных концентратов с мелкими и крупными гранулами. В соответствии с методикой проводились трехфакторные эксперименты с рандомизацией опытов, где факторы:  – угол сектора диска; h – междисковое пространство; n – частота вращения диска. Обработка результатов эксперимента представлена в кодированном виде для удобства оптимизации параметров и режимов дозатора. Критериями оптимизации являются: погрешность дозирования _п,%, производительность Q_д, кг/с, затраты мощности на процесс дозирования N, Вт.

Уравнение регрессии погрешности дозирования имеют вид:

- для плющеного зерна:

_п = 2,573+1,234–1,343h+0,359n+0,921²–2,828h-0,493hn (15)

- для рассыпных концентратов:

_п=1.453–0.218β+0.345h+0.193n+0.297β²+0.998βh+0.472h² (16)

- для мелкогранулированных концентратов:

_п=0.86–0.22β–0.103h+0.373n –0.533βh+0.519h²+0.344n² (17)

- крупногранулированных концентратов:

_п=1.953–2.848β–3.996h+3.287β²+3.06βh +3.405h²–2.065n² (18)

Анализ уравнений регрессии(15-18) и взаимодействия факторов между собой при дозировании плющеного зерна, рассыпных концентратов, мелкогранулированных и крупногоранулированных концентратов (рисунок 4) показал, что наибольшее влияние на погрешность дозирования оказывают величина угла сектора дисков  и междисковое пространство h, причем в зависимости от вида корма, его физико-механических свойств влияние это различно.

При дозировании плющеного зерна увеличение угола сектора дисков  повышает погрешность дозирования, то на других кормах его воздействие противоположно. Аналогичным образом происходит взаимодействие и других факторов.

Рассыпной комбикорм имеет отличные от плющеного зерна физико-механические свойства, и это отражается на изменении выходных параметров дозатора. Проведенные исследования мелкогранулированных концентратов показали их хорошую дозируемость. В диапазоне изменения рассматриваемых факторов погрешность дозирования не превышала 3%. Погрешность дозирования крупногранулированных кормов вследствие более нестабильного истечения выше от 2 до 20%.

Для выполнения оптимизационных расчетов по определению оптимальных параметров дозатора, при которых погрешность выдачи корма не превышает допустимую, рассмотрим модели

1. На всех видах кормов должно соблюдаться условие:
   

(19)



-допустимая, заданная максимальная погрешность дозирования, %




h

n



h

n

_п

_п

(а)

(б))






h

n



h

n

_п

_п

(в)

(г)



Рис. 4. Влияние факторов , h,n на погрешность дозирования

_п плющеного зерна (а), рассыпных концентратов (б),

мелкогранулированных концентратов (в), крупногра-

нулированных концентратов (г).

Для решения оптимизационной задачи должна быть сформирована целевая функция, определяющая возможность проведения расчетов и допускающая некоторый компромисс в погрешностях дозирования разных видов кормов. Поэтому в качестве целевой функции была принята средняя погрешность по всем видам корма, которая должна стремиться к минимуму:

→ min (20)

при ограничениях по факторам

Результаты решения оптимизационной задачи приведены в таблице.

Как видно из выполненных расчетов наименьшую погрешность на всех видах кормов дает дозатор с параметрами:

X₁=-0,175 (β=84,8º)

X₂=0,096 (h=0,031м) (21)

X₃=-1,0 (n=2 об/с)


Дозатор сохраняет допустимую технологическую погрешность в пределах изменения его параметров:

-0,6541<-0,175 (70,4<β <84,8º)

-0,1462< 0,115 (28,5< h <0,031м) (22)

-1,03<-0,462 (2,0 < n <2,5об/с)


Таблица

Значения оптимальных параметров дозатора в зависимости от

погрешностей дозирования

№	Вид корма	Оптимальное значение параметров			Погрешность дозирования, %	Средняя погрешность
		X1	X2	X3
1.	Малые гранулы Большие гранулы Плющенное зерно Рассыпной	-0,175	0,096	-1,0	0,84 0,0 2,16 1,01	1,01
2.	Малые гранулы Большие гранулы Плющенное зерно Рассыпной	-0,328	0,115	-0,652	0,81 1,76 2,12 1,31	1,5
3.	Малые гранулы Большие гранулы Плющенное зерно Рассыпной	-0,506	-0,024	-0,535	0,82 3,69 2,06 1,43	2,0
4.	Малые гранулы Большие гранулы Плющенное зерно Рассыпной	-0,654	-0,146	-0,462	0,82 5,63 1,97 1,59	2,5

При этом производительность дозатора находится в пределах– 0,09÷0,15 кг/с, мощность необходимая на процесс дозирования – 6,4÷12,8 Вт.

В процессе работы дозатора происходит заполнение междискового пространства кормом и от полноты этого заполнения зависит величина формируемой порции и его производительность (рис. 5). Процесс заполнения характеризуется коэффициентом заполнения:


φ=0,42+0.032h–0,05n+0,088β–0,034hn+0,072hβ–0,046β² (23)



n



h

n

h

φ


Рис. 5. Влияние факторов h, n, β на изменение коэффициента

заполнения междискового пространства φ


Качество процесса истечения дозируемых материалов определяется коэффициентом истечения . На этот процесс основное влияние оказывают размер отверстия истечения и скорость вращения дисков.

 = 0,584 + 0,918+ 0,758n – 0,013n² – 6,537 (24)

где - поправочный коэффициент.

Сечение поверхности отклика (рис. 6) показывает, что с увеличением отверстия истечения основное влияние на  оказывает скорость вращения и гидравлический радиус.




Рис. 6. Сечение поверхности

отклика зависимости  от и n




n
В пятой главе «Модель технологии выращивания молодняка КРС и экономическая эффективность применения установки для раздачи высокоценных кормов» описана работа с автоматизированной системой проектирования (АСПТ) технологий выращивания молодняка крупного рогатого скота. АСПТ разработана на основе системы управления базами данных (СУБД) по разработанному автором алгоритму и позволяет выполнять вариантное проектирование технологий откорма молодняка КРС. Система работает в режиме диалога с пользователем. Сравнение конкурирующих вариантов технологий выполняется по ожидаемому доходу.

Расчеты экономической эффективности, выполненные в соответствии с нормативами и нормами технологического проектирования предприятий крупного рогатого скота, нормативами рекомендациями по экономической эффективности механизации сельскохозяйственного производства, данными госстатистики показывают, что разработка обладает высоким экономическим потенциалом. При ее применении на предприятиях по выращиванию молодняка КРС затраты труда на раздаче концентрированных кормов сокращаются в 1,6 раза, годовой экономический эффект составит 171,6 рубля на голову и срок окупаемости капиталовложений 0,87 года. Использование АСПТ снижает в 5-10 раз трудозатраты специалистов при выборе и сравнительном анализе технологий выращивания молодняка КРС.


ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ


1. Анализ состояния технологий и технических средств выращивания молодняка КРС показал, что основными направлениями их развития является существенное снижение затрат труда на обслуживание животных путем использования принципа самообслуживания широкой механизации и автоматизации технологических процессов, повышение эффективности использования высокоценных кормов за счет их строго нормированного кормления и учета.

2. Изучение конструкций дозирующих устройств сыпучих материалов показало, что наиболее перспективными для дозирования высокоценных кормов являются объемные дозаторы, обладающие простотой конструкции и обеспечивающие требуемую точность дозирования с использованием гравитационного истечения корма. Предлагается конструкция дискового дозатора обеспечивающая при минимальных энергетических затратах необходимую производительность устройства и точность дозирования.

3. Проведены исследования по уточнению физико-механических свойств рассыпного и гранулированных концентрированных кормов, определены свойства нового вида корма - плющеного зерна, где насыпная плотность- 473 кг/м³, влажность – 24,7%, угол обрушения – 58º, угол естественного откоса - 32º, коэффициент внутреннего трения – 1,13, коэффициент внешнего трения по металлу – 0,66, начальное сопротивление сдвигу τ₀, внутреннее - 283 Па, внешнее по металлу – 155 Па.

4. Теоретические исследования процесса истечения и формирования порции корма дисковым дозатором позволили обосновать его основные конструктивные параметры и режимы работы. Дозатор двухдисковый с диаметром дисков – 0,09 м, углом отверстий секторов дисков – 60-120º, междисковым пространством – 0,02 - 0,04 м, частотой вращения дисков – 2-4 об/с, производительностью– 0,1-0,2 кг/с.

5. Экспериментальные исследования с использованием методов математической статистики позволили получить математические модели процесса дозирования и оптимизировать параметры и режимы работы дискового дозатора: угол отверстия сектора диска – 70,4÷84,8º, междисковое пространство -0,029÷0.031 м, частота вращения дисков - 2÷2,5 об/с, производительность – 0,09÷0,15 кг/с, мощность необходимая на процесс дозирования – 6,4÷12,8 Вт.

6. Разработана модель и автоматизированная система проектирования технологий выращивания молодняка крупного рогатого скота. Она позволяет производить поиск рациональных вариантов технологий из множества возможных реализаций технологий. Система работает в режиме диалога с пользователем.

7. Технико-экономические расчеты экономической эффективности разработки показывают, что ее применение на предприятиях по выращиванию молодняка КРС снижает затраты труда на раздаче концентратов в 1,6 раза, при годовом экономическом эффекте 171,6 рубля на голову и сроке окупаемости капиталовложений 0,87 года. Использование системы проектирования технологий выращивания молодняка, дает снижение трудозатрат при анализе и обосновании рационального варианта технологии в 5-10 раз.


Основные положения опубликованы в следующих работах:

1. Валге А.М., Артемьев А.Г., Вторый С.В. Многокритериальная оптимизация при проектировании технологий растениеводства // Сб. «Экология и сельскохозяйственная техника», том 2,-С-Пб: 2005.
   с.59-63.
   
2. Гордеев В.В., Вторый С.В. Обоснование параметров шнекового дозатора для выдачи концентрированных кормов // Сборник научных трудов «Научное обеспечение реализации направления «ускоренное развитие животноводства»», том16, ч.2, Подольск:2006. с.140-147.
   
3. Вторый С.В. Автоматизированное проектирование технологии откорма молодняка КРС // Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ «Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства», выпуск 78, С-Пб:2006. с. 137-145.
   
4. Вторый С.В. Выбор основных показателей шнекового дозатора для выдачи концентрированных кормов молодняку КРС//Сборник научных трудов СЗНИИМЭСХ «Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства», выпуск 78, С-Пб:2006. с. 145-150.
   
5. Мороз А.К., Вторый С.В. Информационное моделирование процесса производства говядины // Сб. «Экология и сельскохозяйственная техника», том 1,-С-Пб: 2007. с.110-114.
   
6. Вторый С.В. Дозатор для индивидуального дозирования плющенного зерна // Научно-практический журнал «Тракторы и сельскохозяйственные машины», №8, 2007. с.17-18.
   
7. Валге А.М., Вторый С.В. Компьютерная разработка технологий откорма молодняка КРС // Теоретический и научно-практический журнал «Механизация и электрификация сельского хозяйства», №9, 2007. с. 24-25.
   

Ртп. ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии. Заказ № 698

Подписано к печати 09.10. 2007 г.

Объем 1,0 печ.л. Тираж 75 экз.