ФЕДЕРЕЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ПЕРМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени академика Д.Н. ПРЯНИШНИКОВА» На правах рукописи Трутнев Николай Васильевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ДОЗИРОВАННОЙ РАЗДАЧИ КОМБИКОРМОВ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ Специальность 05.20.01. – Технологии и средства механизации сельскохозяйственного производства Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – кандидат технических наук, доцент М.А. Трутнев ПЕРМЬ 2004 г. 2 СОДЕРЖАНИЕ 1. ВВЕДЕНИЕ 5 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 1.1. Зоотехнические требования дозирования комбикормов коровам 7 молочного направления 7 1.2. Кратность кормления и нормы выдачи комбикормов 11 1.3. Классификация и анализ технологических линий и средств раздачи комбикормов коровам 13 1.4. Состояние исследований дозирования сыпучих кормов 36 1.5. Цель и задачи исследований 41 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ОБОСНОВАНИЕ АНАЛИЗ РАБОЧЕГО ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА УСТРОЙСТВА И ДЛЯ ДОЗИРОВАННОЙ ВЫДАЧИ СЫПУЧИХ КОРМОВ 43 2.1. Обоснование и описание конструктивно-технологической схемы устройства для дозированной выдачи сыпучих кормов 43 2.2. Теоретическое обоснование конструктивных параметров установки 46 2.2.1. Процесс истечения сыпучих материалов из бункеров 47 2.2.2. Расчет основных конструктивных и технологических параметров дозатора 49 2.2.3. Определение объема (вместимости) ячейки диска дозатора 51 2.2.4. Гидравлический радиус ячейки 52 2.2.5. Закономерность изменения скорости истечения материала из бункера 53 2.2.6. Расход материала из бункера 56 2.2.7. Определение времени заполнения ячейки и частоты вращения диска 57 2.2.8. Подача дозатора 58 2.2.9. Давление на дно дозатора 59 3 2.2.10. Расчет мощности на привод дозатора 59 2.3. Анализ факторов процесса дозирования кормов 62 Выводы 66 3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 67 3.1. Программа экспериментальных исследований 67 3.2. Методика исследования физико-механических свойств комбикормов 68 3.3. Методика экспериментальных исследований рабочего процесса дозатора 73 3.3.1 Описание экспериментальной установки 73 3.3.2. Приборы и аппаратура 76 3.3.3. Функциональная схема регистрации исследуемых параметров, измерительная аппаратура и её тарировка 78 3.4. Определение и оценка показателей процесса дозирования 83 3.4.1. Оценка погрешности измерений приборов и определение статистических показателей процесса дозирования 83 3.4.2. Определение подачи дозатора и погрешности дозирования 85 3.4.3. Определение удельного расхода энергии и энергоемкости процесса дозирования 86 3.5. Краткая методика планирования экспериментов и оптимизации параметров дозатора 87 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 92 4.1. Определение физико-механических свойств кормов 92 4.2. Предварительные исследования рабочего процесса дозатора 96 4.3. Оптимизация рабочего процесса 99 Выводы 121 5. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА УСТАНОВКИ ДЛЯ КОРМЛЕНИЯ КОРОВ 123 Выводы 125 4 6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ УСТАНОВКИ ДЛЯ ДОЗИРОВАННОГО КОРМЛЕНИЯ КОРОВ 126 6.1. Расчет годовой эффективности 126 6.2. Расчет цены установки 127 6.3. Результаты расчета экономической эффективности предложенной установки 128 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 129 Библиографический список 131 Приложения 143 5 ВВЕДЕНИЕ Увеличение производства продуктов животноводства, производительности труда и снижение себестоимости продукции – это важнейшие задачи сельскохозяйственного производства. Выполнение этих задач возможно только при комплексной механизации трудоемких процессов и широком внедрении прогрессивных технологий. Объем и эффективность производства животноводческой продукции зависят от уровня кормления животных и от сбалансированности рационов по питательным веществам. Эффективность использования концентрированных и комбинированных кормов во многом определяется научно обоснованным сочетанием и дозированием отдельных компонентов и микроэлементов. Поэтому важно, чтобы технические средства обеспечили каждому животному или группе животных выдачу корма в количестве, установленном рационом в соответствие с зоотехническими требованиями и продуктивностью. Используемые в условиях кормоцехов и на фермах хозяйств различные дозирующие устройства имеют целый ряд существенных недостатков: повышенная металло- и энергоемкость, сложность привода рабочих органов и т.д. Особое затруднение вызывает дозирование некоторых малосыпучих кормовых материалов ввиду особенностей их физико-механических свойств. Значительно повышаются затраты труда и средств на ремонт и сложное техническое обслуживание этих установок и снижается, тем самым, эффективность их применения в целом. Кроме того, лишний корм, выданный животному, не в полной мере оплачивается продукцией и ведет к неэффективному, непроизводительному его расходу. Выпускаемые нашей промышленностью установки не находят широкого применения на современных фермах и комплексах, так как их использование приводит к неоправданным затратам. Корм этими установками выдается либо намного меньше установленной нормы, либо больше [12]. Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что создание устройства для выдачи концентрированных кормов, обеспечивающих высокий уро- 6 вень механизации и автоматизации, рациональное использование кормов, нормальное развитие и рост продуктивности коров, выполнение зоотехнических и других требований, является актуальной задачей и может быть достигнуто только на основе результатов научных исследований. Поэтому настоящая работа посвящена разработке наиболее совершенного способа дозирования кормовых материалов и соответствующего дозирующего устройства, отвечающего зоотехническим и технологическим требованиям современного производства молока и обеспечивающее, таким образом, эффективное с высоким качеством выполнение процесса. На защиту выносятся следующие положения: конструктивно-технологическая схема установки для дозированной выдачи сыпучих кормов (комбикормов) в животноводстве; результаты теоретических исследований рабочего процесса установки, полученные на их основе аналитические выражения для расчета конструктивно-кинематических и технологических параметров установки; результаты экспериментальных исследований дозатора, и его расходные характеристики при выдаче комбикормов с различными физикомеханическими свойствами; результаты оценки экономической эффективности применения разработанной установки. Диссертационная работа, выполнена согласно плану научно- исследовательской работы Пермской ГСХА, тема №30 «Совершенствование системы машин для механизации животноводства в условиях Пермской области. Повышение эффективности использования машин в животноводстве». Выражаю благодарность за помощь при написании диссертационной работы сотрудникам инженерного факультета Пермской государственной сельскохозяйственной академии имени академика Д.Н. Прянишникова! 7 1. 1.1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ Зоотехнические требования дозирования комбикормов коровам молочного направления Многочисленными зоотехническими исследованиями установлено [11, 14, 23, 44, 45, 66, 72, 76, 81, 90, 109], что кормление сельскохозяйственных животных должно вестись исходя из потребности их организма в питательных веществах. Количество необходимых питательных веществ определяется в зависимости от вида животного, его возраста, пола, физиологического состояния, а также от размера, количества и качества получаемой продукции. Как правило, для каждого вида животных в соответствии с установленной нормой кормления составляется рацион, который должен быть сбалансирован по протеину, минеральным веществам и витаминам. Неправильное кормление, то есть недостаточное или избыточное количество в рационе того или иного компонента корма, а также недокорм или перекорм ведут к снижению продуктивности, нарушению воспроизводительных функций животных. Кроме того, животные в условиях недокорма чаще подвергаются заболеваниям различного рода. При избыточном кормлении у животных часто наблюдается ожирение, которое сопровождается снижением продуктивности и воспроизводительных функций [81]. Обычные концентрированные корма не могут удовлетворить потребности животных в необходимых питательных веществах, так как имеют протеин невысокой питательной ценности и односторонний минеральный состав. Комбикорм – сложная однородная смесь очищенных и измельченных до необходимой крупности различных кормовых средств и микродобавок, вырабатываемая по научно-обоснованным рецептам и обеспечивающая полноценное и сбалансированное кормление животных. 8 В комбикормах недостаток питательных веществ в одних компонентах компенсируется их наличием в других. В этом и заключается высокая питательная ценность комбикормов [76]. Установлено, что введение комбикормов в рацион животных, например, коров, повышает их удои на 10 – 20 % и снижает затраты корма на образование молока на 7 – 15 %, что позволяет значительно снизить себестоимость продукции. Производство комбикормов в нашей стране осуществляют государственные предприятия, а также межхозяйственные и внутрихозяйственные цехи и заводы. Рецептуру комбинированных кормов разрабатывают научные учреждения, на основе современного уровня знаний о потребности различных видов сельскохозяйственных животных в энергии, протеине, аминокислотах, минеральных веществах и витаминах. Для максимальной унификации комбикормов, выпускаемых разными заводами в различных зонах страны, и для обеспечения контроля их качества обязательным для всех заводов является государственный стандарт, где изложены основные требования, предъявляемые к качеству готового продукта: ГОСТ Р31899 – 2002 [38] и ГОСТ 9268 – 70 [35, 76, 130]. Для животных каждой группы разработано несколько рецептов комбикормов. В рецептах указано содержание отдельных ингредиентов (в процентах), и количество витаминов, микроэлементов, антибиотиков и других микродобавок, вводимых в комбикорм (расчете на одну тонну). Рецептам комбикормов для животных различного вида присваиваются соответствующие номера, при этом вид комбикорма указывают буквенным литером: ПК – полнорационный комбикорм, К – комбикорм-концентрат, БВД – белково-витаминная добавка, П – премикс. Комбикорма, предусмотренные для использования в специализированных промышленных комплексах, имеют особые индексы: КС – для свиней и КР – для крупного рогатого скота. 9 Согласно инструкции по приготовлению комбикормов установлен следующий порядок их нумерации: для кур – 1…9, индеек – 10…19,уток – 20…29, гусей – 30…39, прочей птицы – 40…49, свиней – 50…59, крупного рогатого скота – 60…69, лошадей – 70…79, овец – 80…89, кроликов и нутрий – 90…99, пушных зверей – 100…109, рыб – 110…119, лабораторных животных – 120…129 [76, 130]. (Дойные коровы 60). В пределах установленных десятков номеров рецептам присваиваются порядковые числа, а при недостатке чисел – буквенные литеры. Требования государственных стандартов к комбикормам-концентратам приведены в приложении 6. Комбикорм скармливают животным того вида и группы, для которых он предназначен. Скармливание его другим видам и группам животных не дает требуемого эффекта. При скармливании комбикормов в сухом виде животные и птицы должны иметь постоянный доступ к питьевой воде [76]. Рецепты комбикормов следует изменять в зависимости от состава рационов. Например, летом, когда пастбищная трава и другие зеленые корма богаты протеином, коровам нужно давать комбикорм с меньшим количеством протеина. Молочному скоту скармливают в основном рассыпные комбикорма. Однако исследованиями многих ученых было установлено, что гранулированные корма животные поедают значительно быстрее. Это важно при скармливании комбикормов на доильных площадках во время доения коров. Гранулирование уменьшает потери питательных веществ, при хранении и скармливании комбикормов, облегчает механизацию их раздачи. Скармливание гранулированных кормов несколько изменяет течение процессов рубцевого пищеварения. Аммиак образуется медленнее, что улучшает его использование микроорганизмами рубца. Увеличивается образование пропионовой кислоты [66, 90]. Кроме дифференциации кормления животных по отдельным периодам производственного цикла, надо помнить, что повышение интенсивности корм- 10 ления молочного скота всегда сопровождается повышением эффективности использования обменной энергии корма на синтез молока. Это проявляется в повышении удоя и уменьшении затрат кормов на единицу продукции. Так, увеличение затрат кормов на одну корову в год с 3500 до 5100 корм. ед., в том числе комбикорма с 250 г до 450 г на один кг молока, способствует росту молочной продуктивности с 3000 до 5000 кг и снижению затрат кормов на единицу продукции с 1,16 до 0,93 корм. ед. (14…11,25 МДж) [23]. Количество концентрированных кормов в рационах молочного скота зависит, с одной стороны от планируемой продуктивности, а с другой от качества объемистых кормов. При этом в первом случае зависимость прямая, во втором – обратная [23]. Чтобы получить удой в 20 кг при кормлении коров сеном I, II и III класса расход концентрированных кормов на 1 кг молока составляет соответственно 270, 365 и 500 г. Для животных с годовым удоем 2500…3000 кг расход концентратов может составить 14…18 % от общей питательности рациона, с удоем 4500…5000 кг – 31…36 % и с удоем 6000 кг – 39…42 %. По рекомендациям ВНИИГРЖ, в рационах коров с удоем 8000 кг молока уровень концентрированных кормов в период раздоя может достигать 60…70%[23]. Исходя из вышеизложенного, можно заключить, что: - кормление комбикормами необходимо для повышения продуктивности животных и снижения себестоимости продукции; - необходимо использовать только те комбикорма, которые разработаны специально для данной группы животных; - снижение качества объемистых кормов приводит к увеличению расхода комбикорма на единицу продукции; - необходимо нормировать кормление автоматизированными системами выдачи кормов. 11 1.2. Кратность кормления и нормы выдачи комбикормов В условиях привязного содержания грубые корма, силос и сенаж нормируют одинаково для всей группы животных, а концентраты и корнеплоды – индивидуально для каждого животного в зависимости от уровня молочной продуктивности. При беспривязном содержании в период раздаивания применяют групповое кормление коров. Основной рацион составляют для групп животных с учетом их живой массы, уровня фактической продуктивности, учитывая дополнительное количество корма для раздоя. При организации кормления высокопродуктивных коров учитывается поедаемость концентратов во время дойки. Установлено, что коровы в течение 8…10 минут могут съедать до 2,5 кг рассыпных и около 3 кг гранулированных концентратов [81]. Смена факторов, определяющих уровень продуктивности коров в течение производственного цикла, создает необходимость выделить в нем обособленные периоды с принципиально отличающимися подходами и приемами организации рационального кормления. Такими периодами являются: период становления лактации, раздой, период наивысшей продуктивности, спад лактации и сухостойный период [12]. Перераспределение норм скармливания концентратов по стадиям лактации (45…60 % в первый период) повышает концентрацию энергии в сухом веществе рациона, однако система их скармливания (2 – 3 раза в сутки), принятая в стране, оказывает депрессирующее влияние на потребление других кормов рациона. В данном источнике приведены данные по различной кратности раздачи концентрированных кормов, которые позволяют значительно снизить эффект замещения кормов. Правда, в них не установлены оптимальная кратность и временной интервал между раздачами [72]. В связи с этим в ВИЖ были проведены опыты по определению оптимальной кратности и временного интервала между раздачами концентрированных кормов. Провели опыты методом латинского квадрата в первом - 44, изу- 12 чали 2-, 3-, 6-, 8-кратную раздачу концентратов, во втором 33, изучали 2,5-, 3и 4-х часовой интервал между их раздачами. Нормировали концентраты ежедневно и индивидуально. Контрольное кормление осуществляли раз в декаду в течение двух смежных дней. Рационы корректировали дважды в месяц после проведения контрольных доек (приложение 5). Для высокопродуктивных коров физиологически обоснованной является следующая кратность скармливания концентратов: в первую фазу лактации до 6 раз в сутки, во вторую 3 – 4 раза и в третью фазу лактации 2 – 3 раза. Допустимая максимальная доза концентратов за один раз – не более 3 кг. При шестикратной раздаче концентратов оптимальный интервал между скармливанием 3 часа [23]. Нормы кормления представляют собой средние обобщенные данные о потребностях коров в незаменимых питательных веществах. Хотя нормы даются в конкретных показателях, их колебания неизбежны и вероятны, независимо от принятой на практике системы кормления. Нормы строятся не только на основании физиологических потребностей организма, но с учетом экономических и организационных факторов. Нормы могут быть даны на среднее нормальное животное без учета индивидуального варьирования потребностей и без гарантийной надбавки на это варьирование. В таком случае приходится либо допускать колебание норм, либо исключать животных, которых нормы не обеспечивают [45]. Ориентировочные нормы скармливания концентратов коровам с продуктивностью 4500…6000 кг молока в отдельные периоды лактации: первые 100 дней лактации на 1 кг молока следует давать 380…410 г концентратов, во вторые 100 дней 290…360 г и в последнюю треть 140…240 г [23]. Наиболее оптимальным считается выдача комбикорма в соответствии с графиком, изображенным на рис. 1.1. Максимальная доза выданного комбикорма в день не должна превышать 12…14 кг [136]. 13 Рис. 1.1. График раздачи зеленого корма и комбикорма Для того чтобы обеспечить требуемую норму и кратность скармливания, необходимо автоматизировать процесс дозирования комбикормов. На основании проведенного анализа составлены рекомендации «по дозированной раздаче концентрированных кормов дойным коровам», принятые для внедрения в Пермской области (приложение 2). Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы: наиболее рациональным с физиологической точки зрения является индивидуальная раздача комбикорма; кратность кормления и нормы выдачи комбикормов необходимо изменять в зависимости от периодов лактации, что позволит уменьшить затраты кормов, увеличится продуктивность и, в результате, снизится себестоимость продукции (молока); необходимо наметить технологическую линию и дозатор, способные обеспечить вышеизложенные требования. 1.3. Классификация и анализ технологических линий и средств раздачи комбикормов коровам Способ и средства механизации производственных процессов выбирают в зависимости от технологии содержания и обслуживания, учитывая условия их использования: способы дозированной раздачи и транспортировки кормов, планировочные решения помещений, кратность и место кормления и прочее. 14 Исходя из этих условий, а также учитывая различные возможности кормовой базы, традиции ведения хозяйства сложившиеся в разных зонах страны и за рубежом, были созданы различные технические средства, позволяющие в той или иной степени механизировать, а в отдельных случаях и автоматизировать процесс кормления [5, 9, 11, 79, 97, 106 и др.]. Как показывает анализ существующих технологических схем, процесс кормления коров комбикормами может быть осуществлен различными средствами и способами. Поэтому, с целью выявления конкретных направлений в разработке перспективных средств кормления коров проведем детальный анализ существующих средств, которые можно использовать для раздачи комбикормов на фермах КРС. Для облегчения и упорядочения анализа нами осуществлена классификация технологических линий кормления коров комбикормами, представленная на рис. 1.2. От того, какой способ раздачи концентратов выбран, зависит себестоимость продукции. Раздача может осуществляться в кормушки общего назначения, в специально построенном помещении или в доильном зале во время доения [98]. В сложившихся в России условиях, чаще всего сухие концентрированные корма коровам раздаются вручную на глаз, что приблизительно соответствует продуктивности и другим индивидуальным особенностям животного. При групповом дозировании и раздаче корма в общие кормушки или на кормовые столы используют чаще всего мобильные раздатчики кормов. Рассмотрим некоторые из них. Прицепные тракторные кормораздатчики КТУ – 10 с приспособлением для раздачи комбикормов ПКТУ – 10, которое работает по групповому принципу обслуживания. Рис. 1.2. Классификация устройств раздачи сухих комбикормов 15 16 Норму выдачи основных кормов регулируют перестановкой храпового механизма привода донного транспортера, а комбикормов – перестановкой цевочного колеса гитары барабанного дозатора [5]. Кормораздатчик КУТ – 3,0А предназначен для транспортировки и раздачи в кормушки концентрированных и полужидких кормов, в состав которых входят измельченные сочные корма и зеленая масса. Наличие скребкового транспортера внутри бункера раздатчика позволяет использовать его в качестве устройства для смешивания кормов с последующей их раздачей. Привод механизмов от вала отбора мощности трактора. Выдача корма осуществляется на одну или две стороны при движении раздатчика по кормовому проходу [86]. Навесной кормораздатчик КУТ – 3,0Б выполнен на базе автомобиля ГАЗ, [111] по сравнению с предыдущим кормораздатчиком обладает большей маневренностью и скоростью при перевозках, выдача корма осуществляется в одну сторону. Прицепной (РСП – 10) и автомобильный (АРС – 10) раздатчикисмесители кормов предназначены для приема заданной дозы компонентов рациона (концентрированные корма с добавками, измельченное сено, сенаж, силос, гранулы и др.), транспортировки, смешивания и равномерной раздачи полученной кормосмеси на фермах крупного рогатого скота, а также на откормочных площадках. Рабочий процесс следующий: нижний шнек, вращаясь, подает нижний слой кормовых компонентов на середину бункера и проталкивает их вверх. Два верхних шнека транспортируют верхний слой корма из середины на края бункера, и корм ссыпается вниз. Компоненты смешиваются во время движения агрегата к месту раздачи кормовой смеси. После заезда в кормовой проход коровника тракторист (или шофер) через гидросистему опускает направляющий лоток и открывает заслонку выгрузного транспортера, включает необходимую рабочую скорость, при этом автоматически включается транспортер. Регулируют норму выдачи корма изменением скорости движения агрегата и степенью открытия выгрузного окна [85]. 17 Преимущества перечисленных мобильных кормораздатчиков по сравнению со стационарными раздатчиками обусловлены простотой устройства, они имеют большой коэффициент использования, не требуют больших монтажных работ. Могут использоваться для перевозки и раздачи кормов при правильной их настройке. Помимо этого у них отмечается ряд существенных недостатков [13]: охлаждение помещения и возникновение сквозняков при заездах и выездах, загрязнение воздуха выхлопными газами и создание шума, беспокоящего животных. Они не могут индивидуально дозировать комбикорм, не обеспечивают равномерного распределения кормовой массы по фронту кормления, работают эффективно только при выдаче в непрерывный ряд кормушек, процесс раздачи корма не поддается автоматизации, могут служить переносчиками инфекционных заболеваний. Использование таких раздатчиков целесообразно при выгульном, лагерном содержании поголовья, а также при кормлении в столовых. Мобильные раздатчики, установленные на электрокарах имеют преимущество в том, что они бесшумны в работе, не загрязняют воздух, более компактны в исполнении. Однако малая грузоподъемность (более 40% массы кормораздатчика занимают аккумуляторы), потребность в специальной службе для зарядки аккумуляторов и их обслуживания, а также низкая проходимость сдерживают их применение. Кроме того, труд оператора остается напряженным, так как ему приходится одновременно управлять и движением кормораздатчика и выгрузкой корма в кормушки [115]. В последнее время широкое распространение для раздачи кормов находят раздатчики, удовлетворяющие в достаточной степени нормам технологического проектирования, которые мы относим к раздатчикам ограниченной мобильности. Общими признаками их является наличие направляющих, расположенных в кормовом проходе или над кормушками, самоходной тележки с бункером, они оснащены дозирующими органами с электроприводом всех рабочих органов. Наличие направляющих упрощает управление движением кормораздатчика и способствует автоматизации процесса кормораздачи. К таким раздат- 18 чикам относятся серийные раздатчики типа РС–5А, КСП–0.8, КЭС–1.7, КУС 2– 1 и их модификации, а также раздатчики, разработанные организациями и специалистами хозяйств [13, 124, 127 и пр.]. Аналогичные кормораздатчики для свиноферм используются и за рубежом. Например, в Германии известны раздатчики прицепного типа ALK – 200 с правосторонней выдачей корма и самоходные М 22/S' (раздача на две стороны), мультикар R22 (раздача на левую сторону) [133, 134]. Данные раздатчики применяются для раздачи комбикормов на свиноводческих фермах, но как показывает опыт зарубежных стран, эти раздатчики можно использовать и для раздачи комбикорма коровам. К примеру, за рубежом разработаны и используются стационарная шайбовая система ''Raciomat'' и средства ограниченной мобильности - монорельсовые раздатчики ''Mobitron'' (рис.1.3) фирмы ''Westfalia'' для раздачи комбикорма при привязном содержании животных [136]. Рис. 1.3. Монорельсовый раздатчик комбикормов фирмы “Westfalia” 19 Фирма ''DeLaval'' (в прошлом ''Alfa-Laval'') изготавливаются аналогичные монорельсовые раздатчики ''FeedCar 2'' и “FeedMaster 500\800” (рис.1.4). Рабочим органом этих дозаторов является шнек (рис. 1.5) или лента (рис. 1.6) [131]. Раздача комбикорма осуществляется в зависимости от расположения стойл на ферме в одну или на две стороны, по кругу или челночно. Необходимо разбивать коров на группы в зависимости от продуктивности, массы и физиологического состояния. Рис. 1.4. Монорельсовый раздатчик комбикормов фирмы “Alfa Laval” Рис. 1.5. Дозирующий шнек Рис. 1.6. Дозирующая лента 20 Автоматическая линия раздачи сухих кормов мясному скоту, разработанная фирмой «Роулендс Бразерс» (Англия), показана на рис. 1.7. В нижней части бункера концентратов 3 установлен лопастной дозатор 11 (четыре лопасти). Корма смешиваются при соотношении зерна и концентратов 6:1. Сменные лопасти дозаторов позволяют менять соотношение от 1:1 до 100:1 [17]. Приготовленная дозаторами смесь поступает на скребковый транспортер раздатчик. Двигатель привода транспортера является общим и для дозатора и имеет мощность 0,74 кВт. Благодаря коленообразному отводу кормушки заполняются последовательно: в первую очередь левая кормушка, а когда корм достигнет уровня второго отвода и пересыплется в него, заполняется правая кормушка. Электропривод линии отключает измерительный преобразователь давления. Рис. 1.7. Схема автоматической линии для раздачи сухих концентрированных кормов: 1 – наружный бункер; 2 – отделение для зерна; 3 – отделение для концентратов; 4 – ферма; 5 и 6 – отверстие над первой и второй кормушкой; 7 – измерительный преобразователь давления; 8 – цепные подвески; 9 – кормушки; 10 – подстилка; 11 – дозатор концентратов; 12 – скребковый транспортер раздатчик; 13 – дозатор зерна; 14 – запасный загрузочный рукав с мешкодержателем; 15 – задвижка 21 Автоматическая линия ВЗД – 16 раздачи концентратов и сухих кормов с заполнением всех кормушек одновременно (рис. 1.8) разработана в Чехословакии [17]. Рис. 1.8. Схема автоматической линии раздачи концентратов с одновременным заполнением кормушек: 1 – рычаг; 2 – тяга; 3 – передвижные муфты; 4 – кормушки; 5 – скребковый транспортер; 6 – электродвигатель; 7 – реле времени; 8 – поворотные блоки; 9 – тяговое колесо; 10 – бункер; 11 – ворошитель; 12 – труба транспортера; 13 – поворотные блоки; 14 – трубка; 15 – скребок; 16 – калиброванная цепь; 17 – разгрузочное отверстие Для раздачи корма перекрывают разгрузочные отверстия в трубе и включают привод установки. Привод не отключают до тех пор, пока вся кормовая линия не заполнится концентратами. Затем электродвигатель отключают и на площадку выпускают группу коров, открывают рычагом разгрузочные отверстия и вновь включают электродвигатель. С этого момента начинает работать реле времени, которое отключает транспортер в момент, когда в кормушки поступит заданное количество корма. Данные раздатчики не могут индивидуально дозировать комбикорм. Намного проще организовать кормление комбикормами при беспривязном содержании с использованием установок типа ''Тандем'', ''Елочка'' или ка- 22 русельного типа, когда доение происходит на доильной площадке. Подкормка производится при доении коров. У них появляется дополнительный стимул для того, чтобы идти на дойку. На отечественных доильных установках (УДА, УДТ, УДЕ) используется цепочно-шайбовый раздатчик или тросово-шайбовый раздатчик (рис. 1.9) с дозатором шиберного типа (рис. 1.10) , в котором добиться индивидуальной раздачи сложно [118]. Рис. 1.9. Шайбовый раздатчик (питатель): 1 – электродвигатель с редуктором; 2 – цепь или трос с шайбами; 3 – бункер; 4 – патрубок для разгрузки корма; 5 –бункер дозатора; 6 – патрубок для возврата корма по заполнении; 7 – трубы раздатчика; 8 – поворотные переходы Процесс работы следующий: сухой комбикорм засыпается в бункер типа БСК – 10. Затем комбикорм транспортируется тросово- или цепочно-шайбовым питателем к шиберным дозаторам, установленным на доильной площадке, которые нормировано выдают дозу корма в зависимости от продуктивности коровы. Шибер 2 совершает возвратно-поступательные движения, создаваемые вакуумным насосом, пульсатором 4, мембраной 3 и возвратной пружиной 5. При открытии заслонки 2 доза корма высыпается в кормушку. При ее закрытии за 23 счет трения часть корма смещается, создавая условия для выдачи следующей порции. Рис. 1.10. Шиберный дозатор доильной установки УДА – 16: 1 – бункер; 2 – шибер (заслонка); 3 – мембрана; 4 – пульсатор; 5 – возвратная пружина Дозатор имеет храповое устройство, автоматически останавливающее установку, при выдаче определенного количества доз (от 1 до 24). Недостатки следующие: при подаче корма шибером к выгрузному отверстию козырек дозатора препятствует продвижению материала и способствует его разрыхлению, а гладкая поверхность шибера проскальзывает под кормом. Большое значение на абсолютную величину ошибки дозирования оказывает, имеющий сильное влияние в данном дозаторе, динамический фактор, возникающий при толчках в возвратно-поступательном движении [119]. Доильные установки производства ГДР М-632 ''елочка'' имели для раздачи комбикорма шайбовый транспортер и дозатор шнекового типа [86]. Кормовые боксы фирм ''Gascoigne melot'' (рис.1.11) [132] и ''Westfalia'' (рис. 1.12 и рис. 1.13) [136], также используются при беспривязном содержании. 24 Рис.1.11. Кормовые боксы фирмы ”Gascoigne Melot” Рис. 1.12. Кормовые боксы на доильной площадке фирмы “Westfalia” 25 Рис. 1.13. Кормовые боксы внутри фермы фирмы “Westfalia” Для выдачи комбикорма фирмой ''Gascoigne melot'' выпускает два дозатора комбикормов: один с низким уровнем подачи кормов (10 г/сек), второй с высоким уровнем подачи кормов (60 г/сек). Большая подача применяется для стад, которые получают почти все концентрированные корма в зале. Автоматизация раздачи кормов в дозирующей системе MR 2000 с шнековым рабочим органом осуществляется контролирующей программой Feeder 2 [132]. В доильном оборудовании фирмы ''Westfalia'' есть кормовые автоматы для индивидуальной раздачи трех видов концентратов, выдача которых контролируется системой CODATRON Dairy plan (рис. 1.14). Это оборудование обслуживает процессы доения и кормления поголовья до 5000 коров. Каждая корова имеет свой электронный и порядковый номер (система RESCOUNTER). Для нормированной раздачи комбикормов в помещении для содержания коров установлены кормовые боксы с кормушкой, над которой установлены дозаторы комбикормов, связанные с управляющим элементом, подключенным к ЭВМ (персональному компьютеру) [136]. 26 Рис. 1.14. Схема управления дозированной выдачей комбикормов Количество комбикорма, попавшего в кормушку, зависит от многих факторов, внесенных в программу, таких как продуктивность, фаза лактации, качество кормов и пр. Условия применения кормораздатчиков во многом определяются типом дозирующего органа. Широкое распространение получили объемные дозирующие органы, реже применяются весовые устройства. 27 Весовые устройства с электротензометрическим датчиком использованы в кормораздатчиках фирмы «Освальд» (США), «Спроут Уолдон», «Бюлер», «Саймон Барон», «Толедо», «Бицерба» и др. [17, 104]. Достоинством раздатчиков с весовыми устройствами является точность дозирования (погрешность дозирования колеблется от 0,1% до 2,5%), однако высокая стоимость, обусловленная необходимостью иметь усилители сигналов датчиков, указательную и регистрирующую аппаратуру, сложность устройства и низкая надежность при работе в агрессивной среде, сдерживают их использование. Большинство бункерных кормораздатчиков оснащены шнековыми рабочими органами, реже применяют следующие дозаторы: тарельчатые, секторные, шиберные, ленточные (скребковые транспортеры). Используют также камерно-поршневые дозаторы, барабанно-секторные, роторно-лопастные, барабанные с механической очисткой рабочих ячеек и вибрационные, мерные емкости (ковши) и др. На рисунках 1.16 – 1.23 показаны схемы некоторых дозаторов [10, 17, 26, 79, 85, 127 и др.] Широко используемые шнековые (рис. 1.16) дозаторы просты по устройству, могут дозировать на сухие и влажные кормосмеси, надежны в эксплуатации. Регулирование дозы возможно изменением частоты вращения шнека, что усложняет привод, или шиберными заслонками. Однако при выдаче доз в дискретные кормушки или при выдаче малых доз дозатор необходимо останавливать. При этом возникают значительные нагрузки на все рабочие органы, что может вызвать поломку, увеличивается время и энергоемкость раздачи кормов. Кроме того, шнеки обладают большой неравномерностью подачи корма, что обуславливает неточность дозирования, трудность точного и оперативного изменения дозы выдачи. 28 Дозаторы сухих кормов по способу раздачи, по виду рабочего органа, по способу регулирования подачи непрерывные тарельчатые порционные секторные площадью среза объемом сектора конструкцией тарелки скоростью заполнения шнековые шиберные частотой вращения частотой открытия подачей материала продолжительностью ленточные плунжерные площадью среза количеством ходов скоростью ленты объемом камеры вибрационные ковшовые площадью среза количеством порций временем действия объемом ковша барабанные дисковые частотой вращения объемом ячейки сечением ячейки количеством ячеек длиной рабочей части числом оборотов диска Рис. 1.15. Классификация дозаторов сухих комбикормов 29 Дозаторы барабанного типа (рис. 1.17) точно сохраняют заданную подачу при постоянной объемной массе дозируемого материала. Дозатор работает следующим образом. Продукт, поступающий через приемное отверстие, захватывается лопастями и выбрасывается внизу через выходное отверстие. Поверхность и сечение барабана может быть различным в зависимости от физико-механических свойств дозируемого продукта. Рис. 1.16. Шнековый дозатор: 1 – бункер; 2 – заслонка; 3 – корпус; 4 – шнек Рис. 1.17. Барабанный дозатор 1 – лопастной барабан дозатора; 2 – корпус; 3 – заслонка Недостатками барабанных дозаторов являются низкая точность дозирования, сложность привода, ступенчатое регулирование нормы выдачи. Дозирующий орган поршневого (плунжерного) типа (рис. 1.18) позволяет осуществлять выдачу доз в прерывистые (индивидуальные) кормушки. Анализ его работы показывает, что во время выгрузки корма необходима изоляция выгрузного окна бункера от камеры дозатора. В противном случае происходит подача корма в дозатор во время выгрузки, а это снижает точность дозирования. При изменении величины дозы за счет положения поршня в камере дозатора изменяется и величина выгрузного окна бункера, поэтому при малых дозах окно становится узким, а это влияет на процесс заполнения камеры и качественные показатели работы дозатора. 30 Рис. 1.18. Поршневой дозатор: 1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – шток; 4 – пружина; 5 – электромагнит; 6 – двуплечий рычаг; 7 – кормушка; 8 – отражатель; 9 – шпилька; 10 – регулировочные гайки Возможность выдавать корм только в отдельные кормушки, сложность оперативного изменения доз и другие перечисленные недостатки отрицательно влияют на рабочий процесс дозирования и качественные показатели в целом. Секторные дозаторы (рис.1.19) осуществляют дозированную выдачу сухого и влажного корма. Они представляют собой дозирующую емкость, с изменяющимся геометрическим объемом. Выгрузка корма происходит под действием гравитационных и инерционных сил при повороте заслонки на определенный угол. Достоинством таких дозирующих устройств является плавное регулирование дозы корма. Однако налипание влажных кормовых смесей в местах сужения емкости и работа их в только дискретном режиме снижает эксплуатационные возможности таких дозаторов. 31 Рис. 1.19. Секторный дозатор: 1 – бункер; 2 – сетка; 3 и 4 – датчики верхнего и нижнего уровней; 5 – рукоятка; 6 – шкала выдачи корма; 7 – редуктор; 8 – электродвигатель; 9 – поддон; 10 – прутковая ворошилка; 11 и 12 – перекрывающая и дозирующие заслонки; 13 – электромагнит; 14 – тяга; 15 - исполнительный механизм; 16 – указатель положения заслонки; 17 – пружина Тарельчатые дозаторы (рис. 1.20) чаще всего используются для дозирования минеральных ингредиентов и обогатительных смесей. При работе дозатора ингредиенты из приемного бункера 1 через выпускное отверстие поступают на тарелку 2 дозатора, откуда скребком 3 сбрасываются в выпускной лоток. Недостатками являются сильная зависимость от физико-механических свойств материала, ограниченность скорости вращения тарелки (диска) (динамический фактор). Ленточные дозаторы непрерывного действия могут быть как объемного, так и массового дозирования (рис. 1.21). У дозаторов объемного дозирования бункер снабжен задвижкой. Ленточный транспортер установлен под бункером. При открытой задвижке корм из 32 бункера непрерывным потоком отводится ленточным транспортером. Если под лентой установлен датчик массы, связанный тягой с балансиром, а последний, в свою очередь, с механизмом управления задвижкой, то такой дозатор относится к дозаторам массового непрерывного действия. Рис. 1.20. Тарельчатый дозатор: Рис. 1.21. Ленточный дозатор: 1 – бункер; 2 – тарелка; 3 – скребок; 1 – бункер; 2 – механизм управления 4 и 5 – подвижный и неподвижный заслонкой; 3 – лента; 4 – датчик массы; патрубки 5 – балансир массы При изменении массы корма на ленте сигналы датчика передаются на механизм управления заслонкой, который, перемещая ее, обеспечивает выдачу заданной балансиром массы корма. Недостатки ленточных дозаторов – низкая точность дозирования и высокая энергоемкость при частых остановках дозатора. Вибрационный дозатор (рис. 1.22) применяют для дозирования однородных по крупности материалов. Принцип действия состоит в придании материалу колебательных движений с целью образования “псевдосжиженного” (кипящего) слоя. При этом сыпучесть материалов значительно улучшается. Недостатками являются большие динамические нагрузки, сильный шум, происходит расслаивание продукта. 33 К устройствам, дозирующим продукты по объемному методу, относятся весы с вращающимся ковшом (рис. 1.23). Рис. 1.22. Вибрационный дозатор: 1 – бункер; 2 – кривошипно-шатунный механизм; 3 – рама Рис. 1.23. Ковшовый дозатор: 1 – ковш; 2 – упор; 3 – щеколда; 4 – заслонка; 5 – воронка; 6 – гиредержатель; 7 – упор; 8 – рамка; 9 – ось 34 Материал поступает из питательного бункера через воронку 5 в сектор ковша 1. Ковш удерживается от вращения запорным механизмом. При поступлении в сектор ковша достаточного количества продукта весы приходят в состояние равновесия, гиредержатель 6 освобождает заслонку 4 воронки 5 от запорного механизма и заслонка закрывается, преграждая поступление продукта в ковш. Но ковш по инерции продолжает поворачиваться и при движении отпирает запорный механизм. Ковш находится в неустойчивом положении, поэтому он опрокидывается, высыпая продукт в приемный бункер. При этом запорный механизм снова запирает ковш, продукт опускается, а гиредержатель опускается. При движении ковша вверх он открывает заслонку и, пока материал высыпается из сектора, подходит другой сектор и начинается новый цикл работы. Недостатки: применяется только для продуктов с постоянной объемной массой, сложность оперативного регулирования дозы корма. Фирма''Westfalia'' использует для раздачи комбикорма дисковый дозатор (дозаторы с мерными емкостями) с вертикальной осью вращения. Наиболее простой по устройству, способный обеспечить требуемую точность дозирования. Материал из бункера заполняет емкость на диске, который перемещает заданный объем к месту выгрузки [136]. Исходя из всего вышеперечисленного, разработана классификация дозаторов сухих кормов, применяемых на технологических линиях раздачи комбикормов и других видов сыпучих продуктов (рис. 1.15) [121]. Исходя из зоотехнического обоснования необходимости дозирования и данной классификации, сформулируем параметры и требования, предъявляемые к дозаторам сыпучих кормов [15]. Зоотехнические требования к точности дозирования позволяют оценить соответствие типа дозатора заданным условиям. Отклонение дозы от предписанной нормы выдачи на одну голову в сутки для концентрированных кормов 5%. Возвратимые потери корма не должны превышать 1%, невозвратимые потери не допускаются [115]. 35 Каждый тип дозатора имеет некоторую неравномерность дозирования, которая не должна превышать норм зоотехнических требований. Погрешности дозирования чаще всего указаны в технических характеристиках. Например, для шнекового дозатора ДК-10 погрешность дозирования 5%, для тарельчатого дозатора погрешность дозирования 3%, для дозаторов весового типа дозирования погрешность дозирования чаще всего менее 1% [110]. Таким образом, анализ работы объемных дозаторов достаточное соответствие их зоотехническим требованиям на раздачу комбикорма. Определяющие параметры, которые влияют на погрешность дозирования, можно условно разделить на две группы: 1. Параметры, зависящие от физико-механических свойств кормовой массы (насыпная масса, плотность, скорость объемной деформации кормовой массы, внутреннее динамическое сопротивление сдвигу, количество частиц корма средней длины в единице объема и т. д.). 2. Параметры, зависящие от конструктивных и кинематических показателей дозатора кормов (скорость движения массы корма и рабочего органа, вид рабочего органа, площади среза и т. д.) [71]. Приведенное зоотехническое обоснование необходимости дозирования концентрированных кормов позволяет сформулировать основные требования к дозаторам [15, 51, 62, 71,87]: Дозаторы должны: обеспечивать минимальную погрешность дозирования, величина которой не должна превышать допустимых зоотехнических норм; быть универсальными для дозирования различных видов сухих сыпучих кормов; обеспечивать оперативную регулировку дозы выдаваемого корма в необходимых пределах; сохранять устойчивость дозирования в процессе работы, независимо от физико-механических свойств дозируемого материала; обеспечивать поточность работы; 36 исключать порчу, потерю и расслоение корма на фракции; быть простыми по конструкции и надежными в эксплуатации. Иметь коэффициент готовности 0,98; работать бесшумно; соответствовать основным требованиям техники безопасности; легко очищаться от остатков корма; окупаться за два года; быть экологически безопасными. Материалы, соприкасающиеся с кормом, не должны на него влиять; иметь минимальные затраты на энергию, эксплуатацию и обслуживание установки; вписываться в различные виды ферм, не быть металлоемкими; быть автоматизированными и электробезопасными. 1.4. Состояние исследований дозирования сыпучих кормов Качественные и эксплуатационные показатели работы во многом определяются работой рабочих органов, подачей корма в дозирующие органы, а также условиями эксплуатации и обслуживания. Необходимость создания более эффективных кормораздающих устройств потребовала проведения большого количества теоретических и экспериментальных исследований. В области дозированной выдачи кормов занимались многие исследователи. Выполненные исследования явились определяющими в обосновании основных типов дозаторов-раздатчиков, применяемых в настоящее время для раздачи кормов на фермах и комплексах. Исследованиями истечения сыпучих материалов, а также расчетом дозаторов, занимались следующие ученые: К.В. Алферов, Р.Л. Зенков [6, 55, 56], Л.В. Гячев [42, 43], В.Г. Коба [63], Р. Квапил [60], З.Ф. Каптур [59], П.М.Василенко, И.И. Василенко [17], 37 Л.С.Полонский [101], И.И. Кочанова [67], Г.А.Рогинский [103], С.М. Доценко [46] и др. Изучением шнековых или винтовых дозаторов занимались: В.С.Степко [112], И.А. Гостан [39], А.А Амельянц [7], А.С. Коломнец [65], М.С. Скок [108], И.А Завалий [50], Д.И. Верников [21], В.П. Коваленко [64], Л.М. Григорьев [40] и многие другие ученые. Испытаниями барабанных и лопастных дозаторов занимались: С.С. Абрамов [1], А.А. Акчурин [3], В. Ноак [135], И.С. Нагорский, И.Н.Бохан [89], Э.В. Заяц [54], Г.М. Третьяков [116], М.С. Елисеев [48] и др. Исследованиями ленточных и скребковых дозаторов занимались: В.П. Ливинцев [73], И.С. Нагорский, И.Н. Бохан [89], А. Ф. Петровский, Г. Торесинский, Н. Ермилов [96], И.В. Горюшинский [28] и др. Исследованиями вибрационных дозаторов занимались: В.И. Лобанов [75], А.А. Жданов [49], У.К. Сабиев [105], С.Н. Васильев [18] и др. В работах Ю.Д. Видинеева рассмотрен рабочий процесс различных дозаторов непрерывного действия [22]. Некоторые исследователи проводили сравнительные испытания различных дозаторов: например А.Г. Амельянц исследовал рабочий процесс секторного и бункерного дозаторов [7], В.В. Платонов [98] исследовал барабанные, лопастные, шнековые и шиберные дозаторы, З.П. Лазаренко [71] испытывала барабанные и ленточные дозаторы. И.К. Пульчев [102] и А.В. Варламов [16] исследовали дозаторы со щелевыми отверстиями, В.С. Горюшинский [27] испытывал дозаторы с мерными емкостями, С.П. Орлов [91] занимался различными дозирующими устройствами. Эти и многие другие исследователи внесли огромный вклад в развитие механики сыпучего тела, а также устройств, необходимых для дозирования. Большинство исследований направлены на определение зависимости изменения подачи (производительности) и неравномерности раздачи кормов от конструктивных и кинематических параметров. 38 Рассмотрим более подробно результаты исследований дозаторов для комбикормов. В. Ноак, [135] исследуя шнековый дозатор диаметром 0,15 м, показал, что средняя относительная ошибка дозирования с увеличением частоты вращения шнека (до 100 мин –1) уменьшается, а затем начинает расти. Минимальная погрешность дозирования получена при максимальной угловой скорости. Однако это явление им не объяснено. Погрешность дозирования зависит от угла подъема винтовой поверхности. Автор не рекомендует шнековый дозатор для дозировки концентратов в коровниках, ввиду сложной регулировки и неточности рабочего процесса. В.В. Платонов провел сравнительные испытания горизонтально- шнекового и вертикально-шнекового дозаторов и указал, что с увеличением частоты вращения шнека секундная подача возрастает прямолинейно. Увеличивается и относительная ошибка дозирования. Объясняет он это тем, что с ростом угловой скорости увеличивается влияние динамического фактора. Вертикально-шнековый рабочий орган может быть использован как сводоразрушающее устройство. В этом его преимущество перед горизонтально-шнековым. В.В. Платонов рекомендует для уменьшения абсолютной и относительной ошибок дозирования уменьшить конструктивные параметры шнека, увеличить частоту вращения при выдаче дозы. Но при увеличении частоты вращения будут возникать центробежные силы, прижимающие материал к стенкам кожуха, что влияет на выдачу определенной дозы и точность дозирования. В.В. Платонов [98] исследовал также следующие дозаторы со сталкивающей лопатой, шиберный дозатор, барабанный дозатор с горизонтальной осью. Результаты испытания барабанного дозатора [98] показали, что с ростом угловой скорости барабана качественные показатели его работы ухудшаются. Относительная ошибка дозирования растет прямолинейно с 1,11% до 5,85% при частоте вращения барабана 24…192 мин –1. Секундная подача сначала растет в интервале 1,5…2,0 с –1, а затем начинает падать. В.В. Платонов не рекомендует к применению барабанный дозатор для выдачи комбикормов коровам 39 из-за ограничения пределов изменения дозы и существенного влияния на работу динамических факторов. Исследования С.С. Абрамова [1] показали, что с увеличением частоты вращения барабана при непрерывном дозировании коэффициент вариации снижается, а при дискретном дозировании увеличивается (при непрерывном дозировании за дозу бралось количество корма на 1 пог. м, а при дискретном – количество корма, выданное каждой ячейкой отдельно). Увеличение центробежной силы способствует выталкиванию корма из ячейки. А это приводит к нарушению стабильности процесса загрузки. Исследования З.П. Лазаренко [71] посвящены объемному барабанному дозатору, объемному ленточному дозатору и весовому ленточному дозатору. Определялись качественные и технологические показатели в зависимости от окружной скорости вращения барабана, количества лопастей, длины барабана, влажности дозируемого корма, его вида, размера частиц измельченного корма, а также энергетические показатели дозатора на различных режимах его работы. Основными характеризующими параметрами при испытании ленточного транспортера являются скорость движения ленты и высота (h) выходного сечения, регулируемая заслонкой. При этом наличие весового механизма в конструкции ленточного дозатора значительно улучшает качественные показатели его работы. Исследования проводились на сенной муке h=80 мм и h=60 мм, ячменной дерти h=45 мм и h=60 мм и трех видах влажных мешанок. Оптимальной скоростью движения ленты дозатора можно считать 0,1…0,15 м/с – для всех исследуемых кормов. С увеличением высоты слоя на ленте дозатора погрешность дозирования уменьшается. Величина погрешности дозирования весовым дозатором уменьшается в 2…2,5 раза на выдаче сухих сыпучих кормов. Производительность дозатора увеличивается пропорционально изменению скорости движения ленты и высоты слоя корма на ленте. Погрешность барабанного дозатора оказалась в 1,4…1,8 раза выше, чем у ленточного дозатора. С повышением скорости вращения барабана погрешность дозирования уменьшается. Оптимальные значения погрешности дозирования в 40 пределах зоотехнических требований обеспечивались на выдаче сенной муки и влажной мешанке при длине барабана 300 мм и более. Упрощенные сравнительные исследования объемных вибрационных дозаторов проведены в источнике [89]. Погрешность дозирования составила менее 5%. В работе [102], изучалось дозирующее устройство секторного типа. Выгрузка кормовой массы из дозирующих емкостей производилась под действием инерционных и гравитационных сил. Для быстрого опорожнения дозирующих устройств при выдаче корма в прерывистые кормушки без остановки кормораздатчика необходимо применить принудительный способ выгрузки. В результате исследований определены конструктивно-режимные параметры дозатора, разработана номограмма для его настройки на заданную норму выдачи. На основе данной главы можно сделать следующие выводы: индивидуальная стационарная раздача в боксах или на доильной площадке больше всего удовлетворяет требованиям к дозированию комбикорма коровам; объемные дозаторы более простые по устройству по сравнению с массовыми дозаторами, требуют менее качественного обслуживания, способны обеспечить требуемую точность дозирования; расчет любого дозатора предполагает определение физико- механических свойств дозируемого материала, а также определение показателей, зависящих от конструкции и методов испытания; каждое новое конструктивное решение, другие условия их применения требуют проведения дополнительных теоретических исследований; при экспериментальных исследованиях следует уделять внимание многофакторному эксперименту. Планирование эксперимента уже давно доказало необходимость данного подхода; 41 исследования, посвященные дозаторам сыпучих кормов, проводились в основном для свиноводческих ферм или птицефабрик; необходимо провести исследования дозируемого корма на фермах КРС с целью экономии кормов. 1.5. Цель и задачи исследований Многочисленными исследованиями и передовой практикой доказано, что полноценное и нормированное кормление коров является основой высокоэффективного получения продукции и основой содержания животных в хорошем физиологическом состоянии. Лучшие результаты по продуктивности коров получены при индивидуальном нормированном кормлении комбикормами. Для высокопродуктивных коров физиологически обоснованной является следующая кратность скармливания концентратов: в первую фазу лактации до 6 раз в сутки, во вторую 3 – 4 раза и в третью фазу лактации 2 – 3 раза. Допустимая максимальная доза концентратов за один раз – не более 3 кг. При шестикратной раздаче концентратов оптимальный интервал между скармливанием 3 часа [23]. Анализ существующих конструкций технологических схем раздачи и дозаторов показал, что наиболее перспективными с зоотехнической и экономической точки зрения являются установки с объемными дозаторами комбикормов. Применяемые на животноводческих фермах и комплексах установки для выдачи комбикорма коровам не в полной мере удовлетворяют возросшим зоотехническим и технико-экономическим требованиям к качеству раздачи. Исходя из вышеперечисленного материала, описанного в предыдущих разделах, определим цель и задачи исследований. Цель: совершенствование рабочего процесса и обоснование параметров устройства для дозированной раздачи комбикормов в животноводстве, обеспечивающего эффективное с высоким качеством выполнение рабочего процесса. 42 В соответствии с поставленной целью в задачи исследований входило: 1. Выполнить теоретический анализ рабочего процесса исследуемой установки и получить аналитические выражения для расчета ее кинематических и технологических параметров. 2. Исследовать физико-механические свойства основных видов комбикормов, скармливаемых в животноводстве, влияющие на рабочий процесс дозирования. 3. Разработать конструкцию экспериментального образца установки на основании принятой конструктивно-технологической схемы, перспективных технических решений и результатов теоретических исследований. 4. Экспериментальными исследованиями уточнить оптимальные конструктивно-кинематические и технологические параметры устройства для дозированной выдачи кормов, проверить достоверность основных теоретических положений; разработать математическую модель рабочего процесса. 5. Произвести испытания исследуемой установки в производственных условиях с целью проверки ее работоспособности и качества выполнения рабочего процесса. 6. Определить экономическую эффективность разработанной установки. 43 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ДОЗИРОВАННОЙ ВЫДАЧИ СЫПУЧИХ КОРМОВ 2.1. Обоснование и описание конструктивно-технологической схемы устройства для дозированной выдачи сыпучих кормов Классификация и анализ существующих технических средств раздачи и дозирования комбикормов показали, что наиболее полно зоотехническим и технико-экономическим требованиям отвечают установки, которые можно использовать как в столовых (кормовых боксах) или на доильной площадке, так и в режиме ограниченной мобильности для кормления коров непосредственно в стойлах. Исходя из принятого способа содержания коров, компоновочная схема установки должна: обеспечивать доступ коров к кормушке, иметь свободный доступ ко всем узлам при обслуживании, ремонте, мойке, дезинфекции. Для снижения трудовых затрат необходимо, чтобы процесс кормления установка выполняла в автоматическом режиме. Дозаторы комбикормов являются основными рабочими устройствами для раздачи корма. Без решения вопроса качественного дозирования комбикорма невозможно создать высокоэффективное производство продукции (молока). Анализ исследований по дозированию комбикормов позволяет утверждать, что наиболее простыми и перспективными для широкого применения являются объемные дозаторы дискового типа с мерными емкостями. Несмотря на большое многообразие конструкций дисковых дозаторов, в любом из них можно выделить следующие основные структурно- конструктивные элементы: приемный бункер, загрузочное окно, рабочий диск, выгрузное окно, механизм регулировки нормы выдачи. Приемный бункер предназначен для накопления определенного количества корма, необходимого для дозирования в процессе раздачи. 44 Рабочий диск служит для приема корма из приемного бункера через загрузочное окно и перемещения его к выгрузному окну. Выгрузное окно находится под диском и под некоторым углом к загрузочному окну. Выгрузное окно служит для направленной подачи корма в кормушку. Сочетание этих важнейших элементов в дозаторах и их конструкциях обуславливаются физико-механическими свойствами кормов: объемной массой, гранулометрическим составом, влажностью, углом естественного откоса и обрушения и др. Исходя из вышеизложенного, нами разработана новая конструктивнотехнологическая схема дозатора корма. Новизна разработки подтверждается патентом на изобретение № 2223640 [94] и патентом на полезную модель №35056 [95] (соавтор – научный руководитель: к. т. н. М.А. Трутнев, см. приложение 1). В принципиальной конструктивно-технологической схеме устройства (рис. 2.1) для дозированной выдачи сыпучих кормов поставлены следующие технические задачи: - упрощение конструкции - уменьшение энергетических затрат - повышение эксплуатационной надежности - увеличение точности дозирования. Поставленные задачи решаются в экспериментальном дозаторе кормов [120], включающим: бункер 2 с загрузочным окном; дозирующий диск с ячейками 3; дно дозатора с выгрузным окном 4 для выдачи корма в кормушку; механизмы привода и управления дозированием, включающие электродвигатель с редуктором 6. 45 Рис.2.1. Конструктивно-технологическая схема экспериментального дозатора: 1 – дозируемый материал; 2 – бункер; 3 – дозирующий диск с ячейками; 4 – выгрузное окно; 5 – направляющий кожух; 6 - привод Процесс его работы следующий: материал 1 из загрузочного бункера 2, проходя через загрузочную горловину под действием собственного веса, заполняет ячейку дозирующего диска 3, и перемещается по направлению к выгрузному окну 4, освобождая пространство для заполнения следующей ячейки. При совмещении ячейки дозирующего диска и выгрузного окна материал полностью высыпается в направляющий кожух 5. Объем ячейки диска меняется при помощи сменных дисков. При этом можно изменять как количество ячеек, так и высоту диска. 46 2.2. Теоретическое обоснование конструктивных параметров установки 2.2.1. Процесс истечения сыпучих материалов из бункеров Заполнение бункера и ячейки диска дозатора комбикормом происходит в результате действия силы тяжести непрерывным потоком. Вследствие чего для описания рабочего процесса дозатора сыпучих материалов можно использовать теорию сплошных сред. На основании этой теории необходимо сделать исходные предпосылки и допущения [42, 103, 117]: 1. По Гячеву Л.В. моделью сыпучей среды будем считать тело, состоящее из абсолютно твердых одинаковых по величине шарообразных частиц, находящихся во взаимном контакте. Объем отдельной частицы ничтожно мал по сравнению с объемом сыпучего тела. Это допущение позволяет приближенно считать загруженный материал в бункере сплошной средой, к которой применимо понятие напряжения, аналогичное тому же понятию в механике сплошных сред. Следует отметить, что для больших емкостей, когда давление внутри среды достигает значительных размеров, плотность сыпучей среды приближается к плотности составляющих ее частиц. 2. В процессе движения насыпная плотность остается постоянной. В начале истечения сыпучего материала из отверстия бункера часть опоры внутри бункера теряется, следствием чего является изменение давления внутри материала. Насыпная плотность вследствие разрыхления уменьшается, приближаясь к минимальному значению. В процессе истечения сыпучий материал может или расширяться, или сжиматься в зависимости от начальной плотности упаковки в соответствии с давлением, действующим на отдельные ее частицы. При этом коэффициент плотности упаковки частиц сыпучего материала в результате частичного уплотнения или разрыхления, стремится к некоторому постоянному значению, соответствующему критической плотности упаковки для данного материала при 47 установившемся движении. Будем считать, что при непрерывном беспрепятственном истечении насыпная плотность практически остается постоянной (это равносильно его не сжимаемости). 3. Механические свойства сыпучего материала в различных направлениях одинаковы. Движение частиц сыпучего материала носит характер сложной структурной деформации. Нарушение равновесия сопровождается перераспределением напряжений внутри его, возникновением новых напряжений и изменением их направлений. До настоящего времени физический анализ процессов, сопутствующий истечению сыпучих материалов из отверстий емкостей, трактуется по-разному. Ряд исследователей – Г.И. Покровский, А.И. Арефьев, П.М. Платонов, Е.А. Банит, И.П. Линчевский и др. развивают теорию саморазрушающегося динамического свода [8, 58, 60, 100]. Сущность гипотезы состоит в том, что при истечении сыпучих материалов из отверстий емкостей, над отверстием, расположенным на дне сосуда, образуется своеобразная структура – мгновенно разрушающийся динамический свод. Проходя через динамический свод, частицы материала выпадают в отверстие в соответствие с законом всемирного тяготения. Согласно этой теории скорость истечения зависит от высоты свода (пропорционально диаметру отверстия) и не зависит от высоты столба сыпучего материала в емкости. Р.Л. Зенков и К.В. Алферов признают теорию динамического свода, в которой сыпучий материал – сплошная среда [6]. Ф.Е. Канеман и Н.Д. Залогин утверждают, что динамический свод является вполне реальной структурой, хотя непосредственное его наблюдение его затруднительно [58, 103]. Л.В. Гячев считает, что существование динамического свода опытами не подтверждается, а гипотеза носит искусственный характер и ничего не дает для выяснения действительных закономерностей движения [42]. В основу разработанной Л.В. Гячевым теории равновесия и движения положена комбинированная механическая модель сыпучего тела [43]. На первом 48 этапе материал рассматривается как сплошная сыпучая среда, способная заполнять объем сосуда, вытекать из него подобно жидкости и т.п. Однако дифференциальное уравнение движения сплошной среды содержит неизвестный переменный коэффициент – неизвестную функцию, что не позволяет проинтегрировать функцию. Эта неизвестная функция для сплошной среды, характеризующая силовые (распорные) свойства материала, может быть определена на основе ее дисперсности. Р.Л. Малахов, Р. Квапил объясняют истечение образованием над выпускным отверстием эллипсоидов движения, и выдвигают гипотезу истечения сыпучих материалов из объемов, равновеликих эллипсоидам движения [60, 77]. И.П. Мерзляков, ученый Пермского государственного университета, исследуя дозирование комбикорма, приходит к выводу, что скорость истечения не зависит от высоты столба при условии, что форма емкости не конусообразная [82]. Различают два вида установившегося истечения материала: нормальный и гидравлический [42, 55]. У связных материалов с высоким коэффициентом внутреннего трения наблюдается нормальное истечение. В этом случае движение материала происходит в виде вертикального столба материала, расположенного над выходным отверстием бункера. При этом в верхней части в материале начинает образовываться воронка, в которую под углом естественного откоса начинают смещаться частицы материала с верхней части материала в бункере, а остальная часть материала остается неподвижной. В бункерах с углом наклона боковых стенок большим на 5…10 % угла естественного откоса и с малым коэффициентом внутреннего трения дозируемого материала происходит гидравлическое истечение материала из бункера. При этом весь материал, находящийся в бункере, приходит в движение в момент начала выгрузки бункера. 49 Это необходимо учитывать при расчете скорости истечения материала из бункера и времени заполнения ячейки дозатора, а также при определении частоты вращения дозирующего диска. 2.2.2. Расчет основных конструктивных и технологических параметров дозатора В конструкции дозатора (рис 2.1) материал 1 заполняет диск с ячейками 3 в виде усеченного сектора. Диск 3 вращается в горизонтальной плоскости вокруг неподвижной оси. При работе дозатора заполнение ячейки происходит через выпускное отверстие бункера 2 с переменной площадью. Рис.2.2. Сечение диска при количестве ячеек m=6 Картина истечения сыпучих материалов через различные отверстия с постоянной площадью поперечного сечения достаточно изучены. Вопросы исте- 50 чения сыпучих материалов через отверстия с переменной площадью сечения изучены еще недостаточно и требуют дальнейшего исследования. При вращении диска ячейка представляет собой усеченный сектор A А1 B1 B, при повороте этого сектора на угол φ образуется сектор A А1 C D, где DC, AА1 , BB1 – разница между большим и меньшим радиусом (R – r), АBD и А1B1C, дуги окружностей, стянутые углом φ (Рис. 2.2). Определим некоторые конструктивные размеры. Угол φ определим из заданного количества ячеек m и угла φ΄ стенок диска, ограничивающих ячейки: 360 . m (2.1) Зададимся некоторым радиусом R и количеством ячеек m. Определим r, исходя из того, чтобы этот размер касался окружности, вписанный в сектор ограниченный углом φ и радиусом R: r R 2 rВП ; rÂÏ R tg 2 (2.2) R sin cos 2 tg 2 2 , (2.3) отсюда: rВП R sin 2 (1 sin cos 2 2 2 ) . (2.4) Подставив значение rВП в формулу (2.2) получим: r R - 2 R (cos 2 2 R sin 2 (1 sin cos 2 sin 2 2 2 - 2 sin cos 2 2 после всех преобразований: ) R (cos 2 - 2 sin 2sin 2 ) 2 2 2 2 cos 2 2 2 sin 2 ) 2 R (1 - 2 sin 2 cos 2 sin 2 2 2 ) ,(2.5) 51 r R (1 sin cos Обозначим (1 sin cos 2 2 2 2 ) . (2.6) 2 2 2 ) – символом kr, тогда: 2 r Rk . r (2.7) 2.2.3. Определение объема (вместимости) ячейки диска дозатора Определяем площадь сечения одной ячейки (S1ЯЧ ) по формуле: S1ЯЯ π (R 2 r 2 ) . 360 (2.8) Обозначим: k 360 , π (2.9) тогда: S 1ЯЯ R 2 (1 k 2 ) r . k (2.10) Объем одной ячейки V1ЯЧ будет равен: V1 ЯЧ S 1 ЯЧ где R2 ( 1 k 2 ) r h, h k (2.11) h – высота ячейки диска. С другой стороны: V1ß× где m1ß× , γ (2.12) m1ЯЧ – масса сыпучего корма в одной ячейке. В результате преобразований формул (2.11) и (2.12) масса одной ячейки равна: 52 m1ß× V1ß× γ где π R 2 (1 k 2 r ) 360 R 2 (1 k 2 ) r hγК , h γ ÊÓ У k (2.13) КУ – коэффициент уплотнения материала. 2.2.4. Гидравлический радиус ячейки Гидравлический радиус для отверстий произвольной формы равен: RГ где 2S , Р (2.14) S – площадь основания сечения S =S1ЯЧ ; Р – периметр основания сечения. Периметр Р основания равен: 2 R (1 k ) 2 π (R r) r 2 R (1 k ) . P 2 (R r) r k 360 (2.15) Определяем гидравлический радиус истечения для отверстий произвольной формы по формуле (2.11): 2 2 2 S 2 R (1 k r ) 2 R (1 k r ) RГ 2 R (1 k r Р k k k ) , умножим на 2R R (1 k 2 ) r RГ ; 1 k k k k r r (2.16) R (1 k 2 ) r RГ . 1 k k (1 k ) r r (2.17) или: Зенков дает критический гидравлический радиус истечения [56]: RКР τ0 m γ j где τ0 – начальное сопротивление сдвигу; a , 2 (2.18) 53 а΄ – средний размер частиц материала; mj – коэффициент подвижности (сыпучесть). Для идеально сыпучего тела m где j (1 sin ) σ (1 - sin ) , σ σ – угол внутреннего трения. (RГ должен быть >RКР) в противном случае материал будет плохо высыпаться из отверстия. 2.2.5. Закономерность изменения скорости истечения материала из бункера Истечение имеет сложный характер. Заполнение ячейки происходит под действием гравитационных сил с некоторой скоростью Vматериала, неравномерной по радиусу ячейки диска (сечение I) и углу охвата бункера (сечение II) (рис. 2.3). В связи с этим, высота материала при выходе ячейки из-под бункера, остается постоянной до тех пор, пока объем материала не уменьшится. Объем находится в зависимости от угла осыпания дозируемого материала и конструкции бункера. В результате, делаем допущение, что коэффициент уплотнения материала в ячейке остается постоянным. В дальнейших расчетах будем пользоваться только средней скоростью истечения. Найдем среднюю скорость V свободного истечения материала из выпускного отверстия при помощи теории динамического свода. Для этого составим уравнение элементарного расхода (рис. 2.4): dq = dS 2 g Z . (2.19) Элементарная площадка выпускного отверстия: dS dr dψ . Составим уравнение динамического свода: (2.20) 54 Z Z 0 (1 - r2 2 ). (2.21) r0 Подставляем уравнения (2.20) и (2.21) в формулу (2.19): dq 2 g Z 0 r r 2 - r02 r02 dr dψ . (2.22) Интегрируем правую часть выражения в пределах от 0 до r0 (ψ в пределах от 0 до 2π): r0 r 2 - r02 1 2 g Z0 r dr r02 2 g Z 0 (2.23); 3 r02 0 2π 2 r0 dψ 2 S . 0 (2.24) Тогда средняя скорость истечения сыпучего материала в плоскости сечения выпускного отверстия будет равна (из формулы расхода): V 2 2 g Z0 . 3 (2.25) По данным профессора Платонова П. Н. между высотой динамического свода и гидравлическим радиусом выпускного отверстия существует зависимость [99, 103]: Z 0 c 2 RГ . (2.26) Затем подставляем уравнения (2.16) и (2.26) в формулу (2.25) , тогда: 2 g R (1 k 2 ) 2 r V c . 3 1 k k k k r r (2.27) Введем коэффициент , учитывающий влияние сил внутреннего трения в сыпучем материале, трения материала о стенки выходного отверстия и т.п. Коэффициент рекомендуется принимать: для хорошо сыпучих материалов и зернистых грузов – 0,55 …0,65; кусковых – 0,3…0,5; пылевидных, влажных, порошкообразных и зернистых с содержанием пыли материалов – 0,2…0,25 [55]. 55 Тогда скорость истечения материала из бункера будет определяться по формуле: 2 g R (1 k 2 ) 2 r . V c λ 3 1 k k k k r r (2.28) Исходя из гидравлического типа истечения, Зенков Р.Л. определяет скорость истечения материала из бункера [6, 56]: Рис. 2.3. Схема процесса заполнения ячейки в радиальной плоскости и окружном сечении 56 Рис.2.4. Схема для определения скорости истечения RГ RКР ,V λ 2 g (1,6 RГ τ 0 m f ); (2.29) j RГ RКР , V λ 2 g 2,1 (R Г 3,4 τ γ 0 ), (2.30) где f tg – коэффициент внутреннего трения материала. σ 2.2.6. Расход материала из бункера Расход материала через загрузочное окно бункера будет равен: 2 g R (1 k 2 ) 2 r QЗ V S c S λ ; 3 1 k k k k r r Q λ S χ 2 g R – формула Зенкова Р. Л.; Г (2.31) [56] Q VS μ S 2g R – формула Линчевского И. П. [74] Г 57 2.2.7. Определение времени заполнения ячейки и частоты вращения диска Найдем время t оп t ЗАП , необходимое для заполнения и опорожнения ячейки под силы тяжести (в вертикальной плоскости), зависящее от высоты диска: t оп t ЗАП t оп t ЗАП h V h h ; V 2 c λ 2 g R Г 3 (2.32) h 2 2 g R (1 k ) 2 r c λ 3 1 k k k k r r . (2.33) С другой стороны время заполнения TЗАП TОП есть производная окружной скорости Vокр (в горизонтальной плоскости), зависящее от угловой частоты вращения диска (рис. 2.3.): TЗАП TОП π 180 ω 2k ω . (2.34) Из условия, что: ω πn , 30 (2.35) где n – частота вращения диска. TЗАП TОП π 30 . 180 π n 6 n (2.36) Должно соблюдаться условие tзап< Tзап и tоп <Tоп, в противном случае дозируемый материал будет не полностью заполнять и опорожнять ячейки. Исходя из заданных условий, определим максимальную (критическую) частоту вращения диска (при T ЗАП (ОП)=t ЗАП (ОП)): max 6 nКР h 2 c λ 2 g R Гmax 3 ; (2.37) 58 nКР 2 g R (1 k 2 ) r max c λ 1 k k k k max c λ 2 g RГmax r r . 9h 9h (2.38) Минимальную частоту вращения определим исходя из максимальной подачи материала (Q max): Q max где M max , tД (2.39) M max – максимальная разовая доза комбикорма, кг; t Д – среднее время дойки, мин. Отсюда: n min Q max . m m1ЯЯ (2.40) 2.2.8. Подача дозатора Подача дозатора Q зависит от частоты вращения n, а также от массы корма в одной ячейке m1ЯЧ и количества ячеек m: Q ω m m1ЯЯ n m m1ЯЯ . 2π 60 (2.41) Подставив значение m из (2.1) и m1ЯЧ из (2.13) получим: Q ω k m1ЯЯ 6 n m1ЯЯ ( ) ( ) . (2.42) Подставляем формулу (2.10), подача дозатора равна: R2 ωk (1 k 2 ) h γ КУ k r Q ( ) 6 n R2 (1 k 2 ) h γ КУ r ( ) k 59 ω R 2 (1 k 2 ) h γ КУ π n R 2 (1 k 2 ) h γ КУ r r . ( ) 30 ( ) (2.43) 2.2.9. Давление на дно дозатора Определение давления на дно дозатора (по Зенкову Р.Л.) [56] σ nÄ ε γ κ H , где (2.44) n Ä – коэффициент динамичности; ε – коэффициент зависания; κ – коэффициент бокового давления; H – высота материала над ячейкой (в нашем случае при выходе ячейки изпод бункера). nД 1 где j , g (2.45) j – максимальное ускорение вертикальных вибраций. ε 1 1 (1 ), χ χ e (2.46) χ κ h f1 , RГ (2.47) где χ – коэффициент сыпучести. где f 1 – коэффициент трения материала о стенки бункера. Р. Л. Зенков дает следующую формулу для определения коэффициента бокового давления (для круглых и квадратных бункеров) [56]: κ 1 1 2 f 2 1 2 f 2 (f где f – коэффициент внутреннего трения. , f2 f1) (2.48) 60 Расчет мощности на привод дозатора 2.2.10. Определим мощность, необходимую для дозирования материала. Она складывается из следующих составляющих: N где K зап ω Д M XX M 1 M 2 ηПР , (2.49) Кзап – коэффициент запаса; MXX – момент, затрачиваемый на холостой ход дозатора; M1 – момент, затрачиваемый на трение материала о дно дозатора; M2 – момент, затрачиваемый на сдвиг (срез) материала; ωД – угловая скорость вращения диска; ηПР – К.П.Д. привода. Момент холостого хода равен: M XX mД g fТР RД , где (2.50) mД – масса дозирующего диска; f ТР – коэффициент трения диска о дно дозатора; RД – расстояние от центра вращения до центра сопротивления вращению диска. RД находим из условия, что площадь сечения диска (SОД) от центра до радиуса RД равна площади ( S Д R1 ) сечения диска от радиуса RД до максимального радиуса диска R1 (рис 2.5), то есть SОД = S Д R1 : S ОД π r 2 Обозначим k m 360 π m (R Д2 π r 2 ) . 360 , тогда: SОД π r 2 π k (R Д2 r 2 ) ; S ДR π (R 2 R 2 ) π k 1 Приравняем площади: (2.51) 1 (2.52) (R 2 R 2 ) . Д (2.53) 61 π r2 π k (R Д2 r 2 ) π (R 2 R 2 ) π k 1 (R 2 R Д 2 ) . (2.54) Рис.2.5. Схема для определения координат центра сопротивления вращению дозирующего диска и ячейки диска Преобразуем выражение: RД R12 R 2 (1 k 2k ) r 2 (1 k ) R12 (R 2 r 2 ) (1 k ) 2k .(2.55) Момент трения о дно дозатора равен: M 1 σ f ТР.К RT где δS яч h g γ f ТР.К RT 360 , f ТР .К – коэффициент трения материала о дно дозатора; – угол трения материала о дно дозатора после отверстия бункера; (2.56) 62 S яч – площадь одной ячейки; h – высота ячейки; RT – расстояние от центра вращения диска до центра действия силы со- противления вращению. Находим из условия, что площадь ячейки S1 равна площади ячейки S2, то есть: S1 π (RТ2 r 2 ) ; 360 (2.57) S2 π (R 2 R 2 ) ; Т 360 (2.58) π π (R 2 r 2 ) (R 2 R 2 ) . Т Т 360 360 (2.59) После сокращений и преобразований: RT R2 r 2 . 2 (2.60) Момент сдвига материала равен: M 2 σ f k RT , ν где (2.61) k – коэффициент, учитывающий угол охвата ячейки дозирующего дисν ка. На основании теоретического анализа рабочего процесса составлена методика инженерного расчета параметров дискового дозатора (приложение 7). Коэффициенты и физико-механические свойства взяты из раздела 4.1 диссертации и в следующих источниках [55, 68]. 2.3. Анализ факторов процесса дозирования кормов Процесс дозирования кормов обусловлен взаимодействием довольно большого круга факторов [57, 125]. Основными из них являются: свойства дозируемого материала (гранулометрический состав, объемная масса, влажность и т.д.), условия подачи корма (самотеком, механическим побуждением, боль- 63 шие или малые подачи доз и т.д.), конструктивно-технологические параметры питателей - дозаторов (подача, погрешность дозирования, система управления и т.д.), а также влияние внешней среды (температура, влажность, время года и т.д.). По данным [22], процесс дозирования оценивается выражением: GP (t) GЗАД ΔG ДОП , где (2.62) GP (t) tt Δt QP (t)dt - количество материала в дозе; QP (t) – текущее значение расхода по параметру Р; GЗАД – заданное значение дозы; ΔG ДОП – допустимое значение отклонение от дозы; t- текущее время; dt – продолжительность формирования дозы. Раскрывая формулу относительно QP (t) можно получить зависимость отклонений дозы: t Δt G (t, Δt) S(t)V(t)γ(t)W(t)C(t) i (2.63) t где S(t) – сечение потока материала; V (t ) - скорость потока материала; γ(t) – объемная масса материала в потоке; W (t ) - влажность материала в потоке; C(t) – концентрация i-го компонента в потоке. Из выше изложенного, с целью удобства дальнейшего анализа процесса дозирования, факторы, влияющие на отклонение дозы от заданного значения, можно сгруппировать (рис.2.6) [125]. Результат процесса дозирования, несмотря на некоторые допущения (случайные возмущения), в конечном итоге, зависит от точности выдачи дозы корма: по количественному показателю (масса, объем) или по качественному параметру (питательность, химический состав, наличие витаминов, незаменимых аминокислот и т.д.) [125], если принять во внимание последние достижения по оценке кормов [57]. С учетом вышеприведенного, процесс дозирования 64 кормов следует считать как функционирование сложной системы, состоящей из нескольких подсистем: комплекс параметров дозируемого корма, комплекс конструктивно-технологических параметров, комплекс факторов технологического контроля и управления процессом. Наиболее существенное влияние на процесс дозирования оказывают два комплекса факторов: параметры дозируемого корма и конструктивнотехнологические характеристики дозировочного оборудования. Проведенные исследования [126] показывают, что выделенные комплексы носят, как правило, случайный характер. Это относится как к количественным показателям процесса (отклонения от среднего значения по питательности, химическому составу и т.д.), так и к качественным. Сложность рассматриваемого процесса заключается в том, что корм, обладая наличием многих контролируемых показателей, которые распределены в нем случайно, взаимодействуя с рабочими органами дозирующей машины, постоянно перемещается в пространстве. Значения случайных величин, характеристик корма, механизмов дозатора, а также их совокупность (как вероятную информацию этого явления) рассматривать статичным во времени не представляется возможным [128]. Для установления более точной информации о данном процессе возникает необходимость знания его динамики с учетом фактора времени, что можно определить только путем экспериментальных исследований. Как правило, многие исследователи [22, 79, 128] случайный процесс характеризуют случайной функцией, приближенной с различной степенью достоверности к нормальному закону распределения значений случайной величины [20, 52, 107, 125]. Рис.2.6. Классификация факторов, влияющих на процесс дозирования кормов 65 66 Выводы 1. Теоретический анализ работы дозатора позволил получить: - уточненные выражения для определения конструктивно-режимных параметров дозатора в том числе, - скорости истечения материала из бункера (2.20); - переменной величины - гидравлического радиуса (2.14); - подачи дозатора (2.34); - давления на дно бункера (2.35); - мощности на привод дозатора (2.40). 2. Теоретические исследования показали, что: - многие выражения требуют априорной, справочной и задаваемой информации, такой как физико-механические свойства дозируемого материала, предполагаемые конструктивные размеры устройства, форма и конструкция бункера и пр.; - для изучения характера истечения концентрированных кормов – скорости истечения материала и частоты вращения диска дозатора, наряду с теоретическими исследованиями необходимо проведение комплекса экспериментальных исследований. 3. Процесс дозирования носит случайный характер и описывается случайной функцией, приближенной к нормальному закону распределения. 4. Для оптимизации параметров дозатора выбираем следующие конструктивно-технологические факторы: высота диска, количество ячеек и частота вращения диска дозатора. 67 3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 3.1. Программа экспериментальных исследований Исследование вопросов о процессах дозирования концентрированных кормов и работы устройств дозированной выдачи позволили выявить основные факторы, влияющие на эффективность и качество работы, а также установить аналитическим путем их основные конструктивно-режимные и технологические параметры. Некоторые величины, входящие в полученные зависимости, определить теоретически сложно, что обусловлено недостаточной изученностью данных вопросов. Поэтому настоящими экспериментальными исследованиями предусматривается проверка и уточнение полученных аналитических зависимостей и выводов предложенной конструкции устройства для дозированной выдачи сухих кормов, уточнение режимных и энергетических показателей процесса для разработки методики расчета установки, а также определение величин, которые не выявились теоретическими исследованиями: - физико-механические свойства комбикормов, влияющие на дозирование; - кинематика процесса заполнения и опорожнения ячеек дозатора комбикормами; - рабочий процесс и качественные показатели экспериментальной установки; - математические модели процесса дозирования. Построение модели функционирования разработанного технологического средства позволяет выявить группу факторов, непосредственно влияющих на энергетические, технологические и эксплуатационные показатели машины. Анализ и исследование большого числа факторов дает возможность отследить и конкретизировать критерии оптимизации, спланировать конкретную схему дальнейшего совершенствования конструкции, улучшение кинематиче- 68 ских, прочностных и др. показателей, решить вопросы дальнейшей эксплуатации по наиболее эффективному в технико-экономическом плане варианту. Программа включает следующие пункты: 1. Совершенствование устройств для исследования физико-механических свойств кормов. 2. Экспериментальное определение физико-механических свойств рассыпного и гранулированного комбикормов. 3. Изготовление устройства для дозирования сыпучих кормов. 4. Экспериментальная проверка конструкции, выявление и устранение возникших в процессе эксперимента неисправностей, оценка ее работоспособности. 5. Разработка регистрационного оборудования. 6. Экспериментальная проверка результатов теоретических исследований. 7. Создание математических моделей. 8. Оптимизация рабочего процесса. 9. Изготовление дозатора макетного образца с оптимальными параметрами. 10.Проведение производственной проверки. 3.2. Методика исследования физико-механических свойств комбикормов Программой экспериментальных исследований было предусмотрено изучение физико-механических свойств комбикормов. Термины и определения взяты из ГОСТ Р 51848 – 2001 [36]. При экспериментальных исследованиях определялись те физико- механические свойства комбикормов, которые влияют на качественные и технологические характеристики дозатора и входят в теоретические зависимости и выражения, полученные в разделе 2 диссертации, такие как объемная масса, коэффициент внутреннего трения, коэффициенты трения материала по различным рабочим органам дозатора и пр. 69 Настоящей методикой предусматривалось изучение двух видов сыпучих кормов – рассыпного и гранулированного комбикорма Основные физико-механические свойства комбикормов определялись согласно действующим методикам [93, 122, 123] и ГОСТ Р 51850 – 2001. Продукция комбикормовой промышленности. Правила приемки. Упаковка транспортирование и хранение [37]. Отбор проб производился по ГОСТ 13496.0 – 80 [29]. При этом использовалось следующее оборудование: весы лабораторные ВЛКТ – 500, секундомер, малогабаритный сушильный шкаф, масштабная линейка, набор сит с круглыми отверстиями, воронка ЛОВ, приборы для определения угла откоса, угла обрушения и углов трения. Влажность комбикорма определялась по ГОСТ 13496.3 – 92 [30] сушкой в сушильном шкафу при температуре160˚С в течении 3 мин. Так как комбикорм скармливается в сухом виде – увлажнение не требуется. Для определения гранулометрического состава по ГОСТ 13496.8 – 72 [31] использовали метод ситового анализа, который заключается в разделении порции сыпучего материала с помощью последовательного просеивания при встряхивании через набор сит классификатора с отверстиями различной величины. Рассев гранулированного комбикорма производили на ситах с круглыми отверстиями диаметрами 7 мм, 5 мм, 4 мм и дно в течение 5 минут. Остаток на каждом из сит и в сборном дне взвешивали на весах ВЛКТ-500г–М с точностью до 0,01 г. и заносили данные в таблицу 1 (глава 4), разделенную на классы с обозначением размеров отверстий решет. Для определения средневзвешенного размера и гранулометрического состава рассыпного комбикорма проводился анализ навески массой 0,1 кг, взятой из контрольного помола (ГОСТ 13496.080). Навеску просеивали на вибрационном классификаторе РКФ-1 в течение 5 мин. Размер сит следующий: 3 мм, 2 мм, 1 мм, 0,25 мм и дно. 70 Оценку однородности и выход частиц по классам осуществляли путем графической интерпретации гранулометрического состава измельченного продукта по методике [122]. Объемную массу и угол естественного откоса определяли по ГОСТ 28254–89 [33]. Насыпную массу рыхлого (свежезасыпанного) и уплотненного материала определяли засыпанием при помощи воронки ЛОВ с последующим взвешиванием мерного стакана (пурки) объемом 1 литр. Уплотняли при помощи прибора для осуществления вибрационных нагрузок. Пористость материала определили путем вытеснения воды материалом [122]. Масса материала 25 г, объем воды 100 см3. Исходя из заданного соотношения, определяли плотность материала. Сжимаемость (С) и пористость (П) рыхлого и уплотненного материала, определяли по следующим формулам: С= [(γ у – γ р)/ γ у ]*100% (3.1) П р=(1 – γ р/ ρ)*100% (3.2) П у=(1 – γ у/ ρ)*100% (3.3) Определяли углы откоса, обрушения и трения по методике [123]. Углом естественного откоса называется угол, образуемый горизонтальной плоскостью и линией откоса сыпучего материала, сформированный способом засыпания (рис.3.1). В прозрачную емкость засыпали исследуемый материал и затем вертикальную заслонку равномерно поднимали. Образовавшийся угол замеряли. Угол обрушения – это угол образованный горизонтальной плоскостью и линией откоса сыпучего материала, сформированный способом обрушения (рис.3.2). В прозрачную емкость засыпали доверху исследуемый корм, затем горизонтальную заслонку медленно открывали. Образовавшийся угол замеряли. Углы трения определялись при помощи прибора, показанного на рис.3.3. 71 На дно прибора клали исследуемую поверхность и медленно поднимали одну сторону. Угол схода корма по материалу определяли по шкале прибора. Рис. 3.1. Устройство для определения угла естественного откоса Рис. 3.2. Оборудование для определения угла обрушения 72 При подборе и проектировании оборудования для хранения, транспортирования и переработки сыпучих материалов необходимы данные о влиянии их свойств и состояния на сыпучесть. Рис. 3.3. Устройство для определения углов внутреннего и внешнего трения Под сыпучестью подразумевают способность отдельных частиц или агрегатов к относительному перемещению под действием гравитационных сил, условием чего является соизмеримость веса частиц или агрегатов с силами трения и сцепления. Исключить влияние конструктивных параметров разгрузочных устройств (площадь поперечного сечения, угол наклона стенок бункера или воронки и т.п.) позволяет метод Р. Карра, который можно применить для подавляющего большинства сыпучих материалов [93]. 73 По этому методу сыпучесть материала находится по величине четырех параметров: угла естественного откоса, угла обрушения (шпателя), сжимаемости и коэффициента однородности (когезийности). Каждый из указанных параметров оценивают по 25 бальной системе. В зависимости от суммы баллов всех четырех параметров материал может быть отнесен к одной из семи категорий сыпучести (приложение 6). Коэффициентом однородности называется числовое значение, полученное делением размеров ячейки первого сита, через которое проходит 60 % материала, на размеры ячейки второго сита, через которое проходит 10 % образца (по рис. 4.1 и рис. 4.2). На основе определенных данных по методу Р. Карра определяется сыпучесть. Результаты исследований физико-механических свойств комбикорма приведены в разделе 4.1. диссертации. 3.3. Методика экспериментальных исследований рабочего процесса дозатора 3.3.1. Описание экспериментальной установки На рисунке 3.4 изображен экспериментальный дозатор. Основу устройства составляет сменный дозирующий диск с ячейками, который крепится на валу редуктора при помощи зажимной гайки. Вал дозатора имеет опорный буртик, позволяющий надежно зажимать сменные дозирующие диски (рис.3.5). Вал дозатора крепится на валу червячного редуктора, который приводится в действие от электродвигателя постоянного тока. Бункер дозатора выполнен из листового железа и оргстекла для более наглядного представления о характере протекающего процесса. С этой же целью дно дозатора выполнено из оргстекла. Направляющий кожух выполнен из листового железа и крепится к дну дозатора при помощи винтов с потайной головкой. 74 Рис. 3.4. Дозатор (вид спереди и сбоку) 75 Рис.3.5. Сменные диски с ячейками Углы наклона стенок бункера выполнены с учетом физико-механических свойств дозируемого материала. Для ограничения взаимного перемещения дисков устанавливается фиксирующий штифт. Червячный редуктор и электродвигатель крепятся на раме дозатора. Диаметр и высота дисков (объем ячеек) выбраны исходя из наиболее рационального использования пространства и обеспечения требуемого расхода (подачи) дозатора, а также исходя из теоретических предпосылок. Размеры ячеек следующие: внутренний диаметр ячейки диска D=0,07 м, наружный диаметр ячейки диска D=0,2 м, угол раскрытия стенок ячейки φ= 6º, эти размеры постоянные для всех дисков. Передаточное отношение червячного редуктора I=27. Экспериментальный дозатор работает следующим образом. Подлежащий дозированию материал из бункера под действием силы тяжести поступает в 76 ячейку дозирующего диска. Под действием стенок ячеек дозирующего диска материал в ячейке перемещается по направления к выгрузному окну, освобождая пространство для заполнения следующей ячейки. Объем ячейки ограничивают дно дозатора и стенка бункера. По достижении выгрузного окна материал полностью высыпается в направляющий кожух, а затем в мерную емкость для взвешивания. Бункер выполнен с возможностью регулирования по высоте диска. Для исключения зажимания диска стенками бункера дозатора под действием дозируемого материала крепление бункера приходится на вал дозатора. Перемещение дозатора по направлению вращения ограничивает рама дозатора, а для ограничения перемещения дна дозатора установлен фиксатор. Для определения количества выданных доз установлены контакты, подключенные к счетчику импульсов СБ -1М/100. При создании экспериментальной установки была предусмотрена возможность изменения конструктивно-технологических факторов. Высота диска меняется ступенчато (рис.3.5) и составляет 18 мм, 38 мм и 58 мм. Количество ячеек составляет 4, 6 и 8. Частота вращения диска регулируется электродвигателем постоянного тока за счет изменения напряжения трансформатора установленного перед выпрямителем тока (рис 3.6.). Лабораторная установка, изображенная на рис. 3.4, имеет следующие габаритные размеры: длина…………..0,6 м, высота…………0,8 м, ширина………..0,6 м 3.3.2. Приборы и аппаратура Для снятия и контроля опытных данных показателей работы объекта исследований, а также с целью централизованного управления отдельными приборами и дозатором использовались щиты управления. Каждый щит включает в себя пускорегулирующую аппаратуру и комплект контрольно-измерительных приборов. Для питания электропривода использовался выпрямитель ВСА-5К. 77 Соответствующее напряжение на обмотках ротора контролировалось цифровым мультиметром. Настройка дозатора на заданную пропускную способность осуществляется изменением объема ячейки, а также частотой вращения электродвигателя постоянного тока. Взвешивание проб материала осуществлялось с помощью лабораторных весов ВЛКТ-2000 и ВЛКТ-500г-М. Перечень приборов и аппаратуры, используемых при экспериментальных исследованиях, приведён в таблице 3.1. Таблица 3.1 Приборы и аппаратура для экспериментальных исследований Наименование Марка Кол-во Назначение Измерительный Измерение силы тока, напряжения, активК-51 1 комплект ной и реактивной мощностей Весы лаборатор- ВЛКТОпределение массы проб материала при вы1 ные 2000 числении Весы лаборатор- ВЛКТОпределение массы проб материала при 1 ные 500г рассеве КВСШкаф сушильный 1 Определение влажности материала 100/250 Лабораторный рассев РКФ-1 1 Рассев проб дерти (встряхиватель) Питание электропривода дозирующего Выпрямитель ВСА-5К 1 устройства Тахометр элекКонтроль частоты вращения двигателя поИО – 30 1 тронный стоянного тока DT Определение и проверка показаний прибоМультиметр 1 830B ров Счетчик импуль- СБ 1 Определение количества выданных доз сов 1М/100 Блок питания 24B 1 Питание счетчика импульсов Принципиальная электрическая схема привода дозатора показана на рис. 3.6. Изменение частоты вращения диска дозатора при проведении опытов осуществлялось изменением частоты вращения якоря электродвигателя блоком питания от 0 до 250 В. Напряжение на обмотке возбуждения постоянное (ОВ1=24 В). 78 Визуальный контроль напряжения и силы тока во время проведения опытов проводился по образцовым приборам - вольтметру и амперметру. Рис. 3.6. Принципиальная электрическая схема привода дозатора 3.3.3. Функциональная схема регистрации исследуемых параметров, измерительная аппаратура и её тарировка При изучении рабочего процесса дозатора регистрировали следующие параметры: -напряжение и ток при холостом ходе электродвигателя привода дозатора; -напряжение и ток при дозировании корма; -частоту вращения диска при холостом ходе; -частоту вращения диска под нагрузкой. Регистрация и запись исследуемых параметров проводилась персональным компьютером. Общая функциональная схема регистрации исследуемых параметров показана на рис. 3.7. Частоту вращения диска дозатора определяли с помощью тахогенератора ТЭ-45, установленного на одном валу с электродвигателем дозатора. Перемен- 79 ное напряжение, вырабатываемое трехфазным тахогенератором, выпрямляется диодным мостом и подается через резистор (R3, рис. 3.6) в модуль преобразователь сигналов УСО AIN-120. Данный модуль преобразует поступающие сигналы и через адаптер RS-485 с помощью базового программного обеспечения “Win-Decont”, программы считывания архивов “Wde-Arhive” и программы конфигурирования “Wde-Config” и по тарировочному графику записывает в память компьютера фактической величиной частоты вращения диска дозатора. Запись сигналов происходила каждые 80 мс, архивация в течение 5секунд и среднее их значение выдается во встроенную программу Excel и на монитор ПК. Контроль частоты вращения проводился тахометром типа ИО-30. Аналогичным способом фиксировались значения величины тока и напряжения в цепи якоря электродвигателя дозатора. Для этой цели в цепи якоря установлены два резистора R1 и R2 и шунт Ш1. Снимаемое с них напряжение до 10 В поступает также в модуль преобразователь (УСО), где по тарировочным данным преобразуется в действительное значение тока и напряжения. Далее через адаптер RS-485 данные записываются в память ПК. Интервал времени записи сигналов с датчиков 80 мс. Среднее значение действительной величины тока и напряжения за каждые пять секунд работы дозатора выводятся на монитор в таблицу. В таблице встроенной компьютерной программы Excel показывалось - дата и время проведения опыта, действительное значение напряжения и тока в якорной цепи. Состав оборудования для регистрации и записи исследуемых параметров показан в таблице 3.2 и на рисунке 3.8. 80 Рис. 3.7. Функциональная схема регистрации исследуемых параметров дозатора: 1 - электродвигатель привода дозатора марки П-11; 2- дозатор; 3-блок питания электродвигателя; 4-ЛАТР РНО-250-5; 5-модуль преобразователь входных сигналов; 6-адаптер; 7-минипульт; 8-блок питания программно-технического комплекса «Win-Decont»; 9-персональный компьютер; 10, 11, 12-ограничительные резисторы; 13-тахогенератор ТЭ-45 Таблица 3.2 Состав оборудования программно-технического комплекса “Win-Decont” №, п.п. Код Наименование 1 AIN8-120 Модуль УСО AIN8-120 2 USB-RS485 Адаптер RS485 3 Minipult Минипульт 4 PW24V1A Блок питания PW24V1A 5 “Win Decont” Базовое ПО Win98/NT 6 “Wde Arhive” ПО считывания архивов 7 “Wde Config” ПО конфигурирования 81 Рис. 3.8. Состав оборудования программно-технического комплекса “WinDecont”: 1-минипульт; 2-адаптер RS485; 3-модуль-преобразователь входных сигналов УСО AIN-120; 4-персональный компьютер Перед началом работы проводилась тарировка датчиков, которая контролировалась во время проведения эксперимента. Тарировка датчика тока проводилась при заторможенном якоре электродвигателя привода дозатора с помощью образцового амперметра М 760, кл. 1,5. Тарировку датчика напряжения проводили с помощью образцового вольтметра М 4200, кл. 1,5. Датчик частоты вращения диска дозатора тарировали с помощью тахометра часового типа ТЧ10-Р. Повторность опытов тарировки – трехкратная. На основе полученных данных построены тарировочные графики, показанные на рисунках3.9, 3.10, 3.11. Во время работы установки величины напряжений от датчиков контролировались также на минипульте технического комплекса “Win-Decont”. Во всех случаях графики в диапазоне измерений действительных значений имеют вид линейной зависимости. 82 30 Uя, В 25 y = 3,3125x + 0,5289 R2 = 0,9951 20 15 10 5 Uш, В 0 0 2 4 6 8 Рис. 3.9. Тарировочный график датчика напряжения 8 Iя, y = 0,9936x + 0,0285 А R2 = 0,9981 6 4 2 Uш, В 0 0 2 4 6 8 Рис. 3.10. Тарировочный график датчика тока 70 n, 1/мин 60 y = 8,1486x - 0,0029 R2 = 1 50 40 30 20 10 Uш, В 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Рис.3.11. Тарировочный график датчика частоты вращения Анализ их показывает, что измерительные приборы и схемы обладают вполне достаточной чувствительностью и точностью. Основным способом регистрации измеряемых параметров в настоящем исследовании была запись текущих параметров в память ПК и последующая их 83 обработка с использованием программы математической статистики Microsoft Excel [119] и Statgraphics plus 3,0. 3.4. Определение и оценка показателей процесса дозирования 3.4.1. Оценка погрешности измерений приборов и определение статистических показателей процесса дозирования Во время работы экспериментальной установки проводили наблюдение за процессом дозирования. При этом контролировались: частота вращения диска дозатора, ток и напряжение якоря, количество доз. После опыта массу комбикорма взвешивали. Все измерения и вычисления проводили с определенной погрешностью. Точность экспериментальных данных определяется ошибками непосредственных измерений и погрешностью обработки их результатов. Случайные ошибки при определении параметров работы дозатора определяли по формуле [19]: Δ0,95 = 1,96σх , (3.4) где σх - среднеквадратическая ошибка среднего значения показателя; 1,96-коэффициент, определяемый по нормальному распределению в зависимости от доверительной вероятности, которая принята Р=0,95 [19]. При доверительной вероятности Р=0,95 максимальное значение среднеквадратической ошибки при числе повторностей n=3 составило: σх max=3 σх (3.5) Полное значение ошибки преобразования среднего значения определяется как: ΔΧ=1,96·3 σх=5,98 σх (3.6) С учетом трехкратной повторности тарировки приборов при надежности Р=0,95 ошибка тарировки составила: Δт=t·σх/n= 2,48 σх (3.7) 84 где t-квантиль распределения Стьюдента, равный 4.3; n-число повторностей измерения. Для выяснения вопроса о том, сказывается ли влияние факторов, или это влияние несущественно по сравнению с разбросом внутри партии, проверяют однородность дисперсий при помощи критериев Фишера. Расчет производился по нижеследующим формулам [25, 107]. Дано определенное число (партия) опытов — 1, 2, 3, ... , j, ..., ni и зафиксированы результаты xij Для оценки точности дозирования корма определяются статистические характеристики вариационного ряда, на основании которых определялось качество процесса дозирования. Выборочная средняя масса в одной ячейке диска: m1ЯЯ 1 n x x n i 1 i (3.8) Выборочная дисперсия: n 2 (x x ) D i 1 i n1 (3.9) Среднеквадратическое отклонение: σx D (3.10) Коэффициент вариации: ν σx x (3.11) Затем определяют значение критерия Фишера: F σ x max σ x min (3.12) 85 Полученное значение критерия Фишера (отношение максимальной дисперсии к минимальной дисперсии) сравнивают с табличным значением. Если табличное значение критерия больше, чем рассчитанное, то дисперсии однородны [2]. Статистический анализ моделей рабочего процесса рассмотрен ниже (глава 3.5). 3.4.2. Определение подачи дозатора и погрешности дозирования Как было сказано выше, подача установки зависит от частоты вращения диска дозатора, высоты диска и количества ячеек. После загрузки дозатора при установившемся режиме работы запускалась программа ПК сбора информации от датчиков. Одновременно заполнялась масса комбикорма. Время проведения эксперимента записывалось ПК в архив. Массу комбикорма взвешивали на электромеханических весах ВЛКТ-2000М. Эксперимент предусматривал изменение всех параметров для проверки теоретических предпосылок. В экспериментах подача определялась по формуле (2.32). На основании формулы 2.46 погрешность дозирования Р можно определить, как: Р= GP (t) GЗАД GЗАД 100 %, (3.13) где Gp(t) =Qp (r)– полученное значение массы (подачи) материала, кг; GЗАД =Q– заданное значение массы (подачи) материала, кг. В результате формула приобретает следующий вид: Р= Q p(r) Q Q 100 %. (3.14) 86 Анализ формул (3.14) и (2.32) показывает, что погрешность дозирования напрямую зависит от массы материала в одной ячейке m1ЯЧ. Заданное значение подачи материала Q может быть вычислено: а) теоретически; б) задано средним значением массы дозы. Данные, полученные в результате исследования погрешности дозирования, занесены в таблицу 4.7 и таблицу 4.8. 3.4.3. Определение удельного расхода энергии и энергоемкости процесса дозирования Рабочий процесс дозатора характеризуется такими основными показателями, как мощность привода, подача и энергоемкость. Необходимая мощность электродвигателя (NДВ) для дозирования материала (Nдоз) и на преодоление ненужных сопротивлений, величина которых определяет потери мощности на холостой ход (Nхх), определяется по формуле: Nдв=Nдоз+Nхх, (3.15) Общая потребная мощность на дозирование комбикорма равна: Nдоз= Nдв·ηр - Nхх·ηхх = Iр·Uр ηр - Iхх·Uхх·ηхх, Вт (3.16) где Iр - ток в цепи электродвигателя при нагрузке, А; Uр - напряжение в цепи электродвигателя при нагрузке, В; Iхх - ток в цепи электродвигателя при холостом ходе, А; Uхх - напряжение в цепи электродвигателя при холостом ходе, В; ηр - коэффициент полезного действия электродвигателя под нагрузкой; ηхх - коэффициент полезного действия электродвигателя на холостом ходу. Определение затрат энергии на дозирование единицы массы комбикорма проводилось по уже известной методике [70]: N= N ДОЗ Q , (3.17) 87 где N - удельный расход электроэнергии, Q - подача, кг/с. Ip Up η Ixx Uxx η p N= Q xx , Вт с кг (3.18) В расчетах для электродвигателя постоянного тока П-11 коэффициент полезного действия под нагрузкой ηр=0,9, а при холостом ходе ηхх=0,75. Подставив значение ηр и ηхх в формулу (3.11) окончательно имеем: N= 0,9 Ip Up 0.75 Ixx Uxx Вт с , Q кг (3.19) В качестве критерия оптимизации процесса дозирования комбикорма был принят удельный расход энергии. В процессе эксперимента записывались: текущие значения частоты вращения диска дозатора, тока и напряжения электродвигателя дозатора (на холостом ходу и под нагрузкой). Вычисленные значения удельного расхода электроэнергии в таблице 3.2. 3.5. Краткая методика планирования экспериментов и оптимизации параметров дозатора Для определения экспериментальной и теоретической подачи дозатора использовались формулы 2.32 и 2. 34 соответственно. В процессе предварительных опытов исследовалось возможность применения уравнения первого порядка. Оценка качества процесса дозирования включала следующие этапы: 1. Определение отклонений средней массы сыпучего корма в одной ячейке от данных, полученных теоретическим расчетом. 88 2. Определение отклонений средней массы сыпучего корма в одной ячейке от данных, полученных при различных конструктивно-кинематических параметрах. 3. Оценка подачи дозатора. 4. Оценка при помощи коэффициента вариации. 5. Оценка по удельному расходу энергии. Данной методикой экспериментальных исследований предусматривалось определение оценочных показателей технологического процесса дозирования для двух видов комбикормов в зависимости от варьируемых факторов. Исследование рабочего процесса дозатора, отыскание оптимального сочетания параметров и режимов работы проверяли с применением методов планирования эксперимента. Используемые в работе методики планирования эксперимента изложены в [2, 4, 19, 53, 78, 80]. В основу методики проведения экспериментальных исследований были положены исследования по планированию многофакторного эксперимента таких исследователей как С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.М. Рощин [78] Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский [2]и др. В общем виде математическое описание объекта исследования с помощью регрессионного анализа представляли в виде математической модели: y ( ti ) b1 f1( t1 ) b2 f 2 ( t2 ) ... bn f n ( tn ) , (3.20) где y ( ti ) – отклик критерия оптимизации на входные возмущения; b1 ... bn - неизвестные постоянные коэффициенты регрессии; f1( t1 ) ... f n ( t n ) - базисные функции. n n y b0 bi xi bij xi x j , i j где b0 , bi - коэффициенты регрессии при выделенных линейных членах; n – общее число линейных эффектов; xi , x j - кодированное значение фактора; (3.21) 89 bij - эффекты взаимодействий. Когда описание линейными уравнениями является недостаточным, начинается описание почти стационарной области уравнениями второго порядка. В этой области преобладающее значение имеют коэффициенты регрессии при квадратичных членах и эффектов взаимодействий. Математическая модель второго порядка будет иметь вид: n n n y b0 bi xi bij xi x j bii x 2 , i j где i (3.22) bii - эффекты при квадратичных членах. Обработка экспериментальных данных производилась по методике, изложенной в [2 , 4, 47,118]. Расчет оценок коэффициентов регрессии математических моделей, оценка их значимости, проверка адекватности полученных моделей и построение двухмерных сечений производилась на персональном компьютере с помощью программного приложения Statgraphics Plus 3.0 для Windows (рис 3.12) в соответствие с процедурой изложенной в [47]. Результаты обработки приведены в приложении 9. Об адекватности модели также судят по данным, приведённым в таблице дисперсионного анализа. Для этой же цели используется дополнительный тест lack-of-fit. Если значение P-Value использованного дополнительного теста больше 0,05, то модель представляется адекватной для описания отклика. Оценки коэффициентов регрессии считаются значимыми с 95% доверительной вероятностью, если величина P-Value, приведенная в таблице дисперсионного анализа не превышает 0,05 (коэффициент Стьюдента). Для этой же цели используются диаграммы pareto. Для исследования подачи и погрешности дозирования дозатора и коэффициента вариации использовался факторный эксперимент 33. По таблице случайных чисел производили рандомизацию планов эксперимента. Факторы, уровни и интервалы варьирования занесены в таблицу 3.3. 90 Рис. 3.12. Результаты обработки экспериментальных данных программой Statgraphics Plus 3.0 для Windows на экране компьютера Таблица 3.3 Факторы, уровни и интервалы варьирования Уровни Факторы Интервал варьирования - 0 + Высота диска (h), x1, мм 18 38 58 20 Количество ячеек (m), x2, шт 4 6 8 2 -1 Частота вращения (n), x3, мин 10 35 60 25 Матрица плана эксперимента 33 без рандомизации занесена в таблицу 3.4. После обработки результатов эксперимента были получены уравнения регрессии. На основании уравнений строим поверхности отклика и анализируем полученные результаты. Результаты занесены в главу 4 и в приложение 8 диссертации. 91 Таблица 3.4 Матрица плана 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 + - 0 + - 0 + - 0 0 0 + + + - - - 0 0 - - - - - 0 0 0 0 0 3 № x1 x2 x3 1 - 2 0 - 3 + - 4 0 - № 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 x1 + - 0 + - 0 + - 0 + - 0 + - 0 0 0 + + + x2 0 + + + x3 0 0 0 0 + + + + + + + + + На основе данных, полученных в процессе эксперимента, рассчитываются оптимальные значения факторов. Исходя из полученных моделей: подачи дозатора, погрешности дозирования, коэффициента вариации и энергоемкости определяем оптимальные параметры для данного дозатора сыпучих кормов. 92 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 4. 4.1. Определение физико-механических свойства кормов При проведении опытов использовалось два вида комбикормов: гранулированный и рассыпной (далее образец 1 и образец 2). Гранулированный с диаметром гранул 5 мм [38] и рассыпной комбикорм соответствовали требованиям ГОСТ 9268 – 70 [35]. Влажность образцов определялась по ГОСТу 13496.3– 70. У гранулированного комбикорма она была равна 12,8 %, у рассыпного комбикорма - 13,4%. При этих показателях влажности угол естественного откоса для 1-го образца равнялся 41˚, угол обрушения - 48˚. Второй образец имел углы соответственно 47˚ и 65˚. В таблице 4.1 и 4.2 приведены некоторые физико-механические свойства исследуемых образцов комбикорма. Из таблицы 4.1 видно, что для гранулированного материала ключевой является фракция 7 ÷ 5 мм – 69%, у рассыпного фракция 2 ÷ 1 мм – 45%. Причем гранулированный комбикорм имеет более однородный гранулометрический состав (на долю класса частиц 7 ÷ 4 приходится 97 % материала). Второй образец имеет более сложную полидисперсную структуру. На основе полученных данных построены интегральные кривые распределения частиц (рис.4.1). Гранулированный продукт имеет более плотную упаковку частиц по сравнению с рассыпным комбикормом. Об этом можно судить по коэффициентам сжимаемости (С) и пористости (П) структуры. Если у первого образца коэффициент сжимаемости равен 8%, а пористости – 47…51%, то у второго соответственно 16% и 66…71%. Большую плотность частиц у рассыпного комбикорма, по сравнению с гранулированным, можно объяснить меньшим содержанием пор в самих зернах. 93 100 % a 80 60 40 20 0 3 100 4 % 5 6 <d>,мм 7 b 80 60 40 20 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 <d>,мм 3 Рис.4.1. Интегральные кривые распределения частиц по крупности для образцов 1 (а) и 2 (b) Физико-механические свойства комбикорма Таблица 4.1 94 95 Таблица 4.2 Коэффициенты внешнего трения (К) между сыпучим телом и некоторыми материалами подложки Материал подложки № образца Сталь Оргстекло Винипласт Дерево 1 0,40 0,40 0,45 0,58 2 0,65 0,60 0,67 0,75 Обладая большей пористостью структуры, второй образец имеет соответственно меньшую насыпную плотность (490…565 кг/м3) по сравнению с первым образцом (623…677 кг/ м3). Исследования сыпучих свойств материалов позволяют заключить, что гранулированный комбикорм обладает хорошей сыпучестью (сумма баллов по методу Р. Карра равна 81) и дополнительных побуждающих устройств в бункерах не требуется. Рассыпной комбикорм имеет допустимую сыпучесть (сумма баллов равна 67). В этом случае возможно сводообразование и зависание материала над выпускным отверстием бункеров, что потребует внесения некоторых конструктивных изменений в накопительных устройствах и питателях. Измеренные коэффициенты внутреннего трения косвенно свидетельствуют также о том, что первый образец имеет лучшую сыпучесть по сравнению со вторым образцом (f соответственно равен 0,38 и 0,42). Для обоснования углов наклона стенок бункеров дозирующих устройств, была исследована зависимость угла схода и коэффициента внешнего трения (К) между сыпучим телом и материалом, из которого изготовлен бункер. Данные опытов позволяют заключить, что эти углы должны быть: для первого образца не менее 30˚, а для второго не менее 37˚. Уменьшить коэффициент (К) позволяет футеровка стенок бункера материалом из стали или оргстекла. 96 Выводы: - гранулированный комбикорм обладает хорошей сыпучестью (81 балл по методу Р.Карра); - рассыпной комбикорм имеет допустимую сыпучесть, при необходимости требуется побудитель (ворошилка) (67 баллов по методу Р.Карра); - сжимаемость рассыпного комбикорма превышает сжимаемость гранулированного в два раза; - объемная масса рассыпного комбикорма меньше гранулированного примерно 1,3 раза. - угол стенок бункера должен быть не менее 37° для рассыпного и 30° для гранулированного комбикорма. 4.2. Предварительные исследования рабочего процесса дозатора Основной технологический параметр любого дозатора – это подача. Для данного дозатора подача находится в прямой зависимости от средней массы материала в ячейке и от количества выданных порций за единицу времени. Теоретические исследования показали, что на среднюю массу материала в ячейке влияют: размеры ячейки, объемная масса материала и коэффициент уплотнения. Фактор, который невозможно контролировать – это уплотнение материала. В зависимости от вида корма и динамических характеристик он будет различным. В соответствие с методикой экспериментальных исследований, в исследованиях ставилась задача изучить влияние независимых факторов на среднюю массу материала в ячейке m1ЯЧ (на коэффициент уплотнения). Частоту вращения диска изменяли в пределах, определенных теоретическими исследованиями. Данные заносили в таблицы 4.3, 4.4 и приложение 8. Анализ данных показывает, что на гранулированном комбикорме с увеличением частоты вращения диска средняя масса в одной ячейке (m1Я) уменьшается (рис. 4.2). Для рассыпного комбикорма такая зависимость начинает 97 проявляться только при высоте диска h=38 и 58 мм и количестве ячеек m=8. Средняя масса комбокорма в одной ячейке, г Также происходит снижение средней массы корма в одной ячейке (m1Я). 105,00 100,00 95,00 90,00 85,00 80,00 75,00 70,00 10 20 30 40 50 60 частота вращения диска дозатора, 1/мин Рис. 4.2. Теоретические (-----) и экспериментальные зависимости массы материала в одной ячейке при высоте диска h=38 мм и количестве ячеек m=6: - гранулированный комбикорм; - рассыпной комбикорм В большинстве случаев для рассыпного комбикорма при частоте вращения диска дозатора n=25…45 мин – 1наблюдается максимум функции m1ЯЧ=ƒ(n). Это связано с тем, что коэффициент уплотнения изменяется не линейно. До определенного момента материал в ячейке уплотняется, затем под действием центробежных сил и сил упругости материал вытесняется из ячейки. 98 Таблица 4.3 Средняя масса в одной ячейке диска для гранулированного комбикорма Средняя масса в одной ячейке, г Высота дис- Количество ячеЧастота вращения диска, мин – 1 ка, мм ек, шт Теор. 60 52 35 23 10 58 8 98,89 102,1 103,3 103,75 105,11 103,94 38 8 67,03 67,81 69,02 70,61 72,43 68,10 18 8 34,47 35,03 35,86 36,56 36,87 32,26 58 6 134,1 135,7 137,67 139,32 140,57 143,92 38 6 88,78 89,39 91,24 92,23 93,33 94,29 18 6 43,02 43,33 44,14 45,15 46,23 44,66 58 4 212,6 213,4 217,21 218,51 221,13 223,9 38 4 143 144,3 147,06 148,01 149,34 146,67 18 4 68,61 69,09 70,5 71,99 73,13 69,48 Таблица 4.4 Средняя масса в одной ячейке диска для рассыпного комбикорма КолиСредняя масса в одной ячейке, г Высота чество Частота вращения диска, мин – 1 диска, мм ячеек, Теор. 60 52 35 23 10 шт 58 8 80,45 81,06 82,13 83,36 83,42 85,29 38 8 54,02 54,42 55,24 55,55 56,08 55,88 18 8 29,81 29,79 29,7 29,73 29,5 26,47 58 6 106,7 108,3 110,5 110,2 109,8 118,1 38 6 73,65 73,44 73,92 73,52 72,91 77,37 18 6 34,77 34,8 35,15 34,88 34,61 36,65 58 4 182,1 183 184,3 184,8 184,1 183,7 38 4 116,6 116,7 117,6 117,6 116,1 120,35 18 4 61,4 61,62 61,93 62,09 61,7 57,01 Теоретическая средняя масса корма в одной ячейке несколько отличается от эмпирических данных, так как при теоретическом расчете использовались упрощенные постоянные конструктивно-кинематические факторы дозатора и физико-механические свойства материалов, без учета динамических свойств дозируемого материала. Теоретические значения попадают в доверительный интервал, что свидетельствует о правильности проведенных исследований. 99 Таблица 4.5 Проверка по критерию Фишера для различных дисков дозатора Высота диска, мм Кол-во ячеек 58 8 38 8 18 8 Значение максимальное 1 0,129 0,145 0,098 Значение минимальное 1 F - Фишера 58 6 0,4 38 6 18 6 58 4 38 4 18 4 0,169 0,172 0,682 0,589 0,406 2 0,121 0,064 0,033 0,223 0,157 0,039 0,944 0,327 0,059 0,06 0,035 0,017 0,101 0,01 0,072 0,09 0,072 0,045 2 0,021 0,006 0,014 0,073 0,026 0,006 0,124 0,103 0,012 1 2,173 4,124 5,821 3,974 16,87 2,391 7,579 8,136 9,117 2 5,875 11,3 2,41 3,066 5,986 6,866 7,628 3,177 4,918 1 – гранулированный комбикорм, 2 – рассыпной комбикорм, F – Фишера табличное = 4,284, Анализ данных таблицы 4.5 по методике раздела 3.3 для уровня значимости 95 % по критерию Фишера показывает, что любой фактор может оказаться значимым. Как следует из таблицы 4.5, влияние на массу корма в одной ячейке при различной частоте вращения диска может оказывать как количество ячеек m, так и высота диска h (значение критерия Фишера превышает табличное). При этом для рассыпного комбикорма среднеквадратическое отклонение в большинстве случаях значительно меньше, чем для гранулированного комбикорма. Как видно, данный подход не дает полного представления о процессе, не ясно какой фактор и в какой степени влияет на процесс. Для решения подобной задачи удобней пользоваться факторным исследованием. 4.3. Оптимизация рабочего процесса На первом этапе исследований ставилась задача изучить влияние трех независимых факторов и уточнить допустимость применения линейной модели для решения задачи оптимизации объекта исследований. В качестве критерия оценки процесса дозирования была принята подача дозатора. Данную задачу решали путем реализации полного факторного экспе- 100 римента 23. Значения факторов фиксировали на двух уровнях. Матрица плана и результаты исследований значения критерия представлены в таблице 4.6. Результаты опытов представлены в виде линейных уравнений регрессии. Расчет коэффициентов регрессии производился при помощи персонального компьютера и программы Statgraphics Plus 3.0 для Windows. Qp = -3,9889 + 0,1203·h + 0,6716·m + 0,1006·n - 0,0176·h·m +0,0112·h·n 0,0112·m·n (4.1) Qr = -3,0052 + 0,0819·h + 0,5166·m + 0,0750·n - 0,0130·h·m +0,0138·h·n 0,0078·m·n (4.2) где Qp, Qr – подача дозатора соответственно для рассыпного и гранулированного комбикорма; h, m, n – соответствующие значения факторов. Для проверки адекватности представления результатов эксперимента полиномами первой степени определили соответствующие суммы квадратов, дисперсии и F-критерий и сравнили с его табличным значением для уровня значимости 5%. После расчета коэффициентов регрессии проверили гипотезу адекватности линейного приближения и провели статистическую проверку результатов в соответствии с методикой, рассмотренной в разделе 3. При сравнении абсолютных значений коэффициентов регрессии с абсолютной величиной их доверительного интервала пришли к выводу, что существенное влияние на процесс дозирования с разными видами комбикормов оказывают не только линейные эффекты, но и некоторые их взаимодействия (рис. 4.3). 101 Таблица 4.6 Матрица плана и результаты исследований подачи дозатора Подача дозато- Подача дозатоВысота Количество Частота ра, Qр ра, Qr диска, h ячеек, m вращения, n кг/мин кг/мин мм шт мин – 1 Дейст. Теор. Дейст. Теор. 18 4 60 14,49 14,66 16,74 18,23 58 4 60 44,42 47,24 51,86 58,73 18 8 10 2,60 2,27 2,95 2,82 18 4 10 2,71 2,44 2,93 3,04 58 8 10 7,34 7,31 8,41 9,09 18 8 60 14,31 13,61 16,82 16,92 58 4 10 8,10 7,87 8,85 9,79 58 8 60 39,26 43,87 48,26 54,53 № 1 2 3 4 5 6 7 8 Standardized Pareto Chart for Qp Standardized Pareto Chart for Qr C:n C:n A:h A:h AC AC B:m AB AB B:m BC BC 0 4 8 12 16 20 24 0 10 20 30 40 1 Standardized effect 2 Standardized effect Рис. 4.3. Диаграммы влияния факторов и их эффектов на подачу дозатора для рассыпного (1) и гранулированного (2) комбикорма Гипотезу адекватности линейных моделей можно было бы принять, однако ее нельзя считать верной, так как некоторые эффекты взаимодействия значимы. Анализ уравнений (4.1) и (4.2) методом дисперсионного анализа показывает, что наиболее значимыми на подачу дозатора факторами на уровне значимости 95 % являются соответственно частота вращения диска (n), высота диска (h) и их взаимодействие для гранулированного комбикорма (h·n). Отсюда следует, что коэффициенты при квадратичных членах должны заметно отличаться от нуля, а исследуемые зависимости не являются линейными (требуется модель более высокого порядка) [78]. 102 Также на стадии предварительных исследований ставили задачу изучить влияние трех независимых факторов на погрешность дозирования (отклонение экспериментальных данных от данных теоретических расчетов). Таблица 4.7 Погрешность дозирования (отклонение от теоретических расчетов) h, Погрешность дозирования, Р, % m, шт. мм n=60 мин – 1 n=35 мин – 1 n=10 мин – 1 Рассыпной комбикорм 8 58 5,675 3,709 2,196 8 38 3,329 1,139 -0,366 8 18 -12,618 -12,192 -11,464 6 58 9,653 6,444 7,010 6 38 4,808 4,457 5,759 6 18 5,130 4,102 5,562 4 58 0,871 -0,317 -0,245 4 38 3,116 2,273 3,561 4 18 -7,700 -8,638 -8,220 Гранулированный комбикорм 8 8 8 6 6 6 4 4 4 58 38 18 58 38 18 58 38 18 4,859 1,571 -6,851 6,823 5,844 3,672 5,047 2,502 1,252 0,652 -1,344 -11,172 4,345 3,232 1,158 2,990 -0,265 -1,468 -1,123 -6,363 -14,279 2,327 1,016 -3,517 1,235 -1,821 -5,247 Анализ таблицы 4.7. показывает, что погрешность дозирования, определенная относительно теоретических расчетов для большинства дисков дозатора превышает нормы, определенные зоотехническими требованиями. Это связано, прежде всего, с точностью изготовления, измерения конструктивнотехнологических параметров и влиянием других различных параметров (см. раздел 2.3). 103 Для того чтобы исключить влияние точности изготовления дисков дозатора, погрешность дозирования рассчитываем по формуле (3.14), за номинальную норму выдачи принимаем среднее значение дозы. Таблица 4.8 Погрешность дозирования (отклонение от средней величины) Погрешность дозирования, Р, m, h, % шт мм n=60 n=35 n=10 Гранулированный комбикорм 8 58 3,446 -0,822 -2,624 8 38 3,544 0,687 -4,231 8 18 3,536 -0,365 -3,171 6 58 2,434 -0,161 -2,274 6 38 2,566 -0,137 -2,429 6 18 3,249 0,724 -3,972 4 58 2,019 -0,104 -1,915 4 38 2,367 -0,404 -1,962 4 18 3,018 0,347 -3,365 Рассыпной комбикорм 8 8 8 6 6 6 4 4 4 58 38 18 58 38 18 58 38 18 1,888 1,988 -0,470 2,113 -0,210 0,209 0,769 0,137 0,449 -0,157 -0,231 -0,090 -1,363 -0,580 -0,872 -0,421 -0,732 -0,418 -1,731 -1,757 0,560 -0,750 0,791 0,663 -0,348 0,595 -0,032 Как видно из таблицы 4.8 при увеличении частоты вращения диска дозатора погрешность дозирования, в основном, имеет положительный знак (меньше среднего значения), а при уменьшении частоты до минимального значения - отрицательный знак. Это будет необходимо учитывать при регулировании подачи дозатора при помощи частоты вращения (n). Погрешность дозирования на гранулированном комбикорме изменяется в больших пределах, чем на рассыпном комбикорме при одинаковых интервалах варьирования. 104 При этом не происходит превышения требований зоотехнических норм. Теоретическое значение подачи несколько больше, чем экспериментальное т. к. при моделировании брались конкретные значения параметров. Теоретическая подача рассчитывалась для непрерывного дозирования, а в действительности время затрачивается на пуск и остановку диска дозатора. Также на процесс дозирования кормов влияют факторы, описанные в разделе 2.3. диссертации. На основании изложенного приходим к заключению, что для описания результатов эксперимента линейные модели не могут быть приняты, поэтому в дальнейших исследованиях необходимо использовать планирование второго порядка, позволяющее получить представление о функции отклика с помощью полинома второй степени. Оптимизацию рабочего процесса проводили по методике, представленной в разделе 3 по матрице плана эксперимента 33. Результаты исследований рабочего процесса дозатора представлены в таблице 4.9. На основании таблицы 4.9 при помощи программного приложения STATGRAPHICS Plus 3.0 для Windows получаем уравнения регрессии для рассыпного (р) и гранулированного (r) комбикорма. Результаты опытов представлены в виде уравнений регрессии второго порядка. Для подачи дозатора Qp = 6,8404 + 0,0377·h - 2,7322·m + 0,0444·n + 0,0010·h2- 0,0128·h·m + 0,0104·h·n + 0,2733·m2 - 0,0123·m·n +0,0011·n2; (4.3) Qr = 1,5758 + 0,1319·h - 1,0743·m - 0,0448·n - 0,0011·h2 -0,0112·h·m + 0,0139·h·n + 0,1479·m2 - 0,0137·m·n +0,0021·n2. (4.4) Для погрешности дозирования Pp = 4,0797 - 0,0501·h - 0,302376*m - 0,1775·n - 4,167E-7·h2- 0,000002·h·m + 0,0014·h·n - 0,00004·m2 +0,0087·m·n + 0,0013·n2; (4.5) Pr = -3,1767 + 0,0327·h - 0,3447·m + 0,0878·n -2,778E-7·h2 +0,0·h·m - 0,0009·h·n +0,00001·m2 +0,0099·m·n + 0,00006·n2. (4.6) 105 Таблица 4.9 Результаты реализации плана 3 дозатора на рассыпном (1) и гранулированном (2) комбикорме Подача дозатора, Q Погрешность Коэффициент кг/мин, дозирования, вариации, Var, Мощность, № Р, % % N, Вт*с/кг 3 2 1 1 Дейст. Теор. Дейст. Теор 2,71 2,44 2,93 3,04 1 2 1 2 1 2 -0,032 -3,365 0,395 0,486 109,63 99,15 65,13 47,95 102,98 69,63 50,38 31,98 88,80 46,00 27,22 96,01 39,10 14,80 110,51 57,87 35,55 111,70 48,47 32,09 22,98 90,82 32,12 14,13 2 5,11 5,16 5,97 6,41 0,595 -1,962 0,309 0,352 3 4 5 8,1 2,28 4,81 7,87 2,36 4,97 8,85 2,77 5,6 9,79 2,93 6,18 -0,348 0,663 0,791 -1,915 -3,972 -2,429 0,527 0,570 0,540 0,248 0,635 0,107 6 7,25 7,59 8,43 9,44 -0,75 -2,274 0,430 0,430 7 8 2,6 4,94 2,27 4,79 2,95 5,79 2,82 5,95 0,56 -1,757 -3,171 -4,231 0,439 0,442 0,849 0,526 9 7,34 7,31 8,41 9,09 -1,731 -2,624 0,404 0,232 10 11 12 8,18 15,53 25,8 8,55 18,06 27,56 9,31 19,41 26,06 10,63 -0,418 22,44 -0,732 34,26 -0,421 0,347 -0,404 -0,104 0,320 0,273 0,226 0,635 0,257 0,380 13 6,96 8,25 8,74 10,25 -0,872 0,724 0,277 0,810 14 15 16 14,19 23,2 7,84 17,41 26,57 7,94 18,07 27,26 9,47 21,64 -0,58 33,03 -1,363 9,87 -0,09 -0,137 -0,161 -0,365 0,219 0,292 0,615 0,229 0,333 0,362 17 14,58 16,77 18,22 20,84 -0,231 0,687 0,343 0,539 18 19 22,34 14,49 25,59 14,66 27,26 16,74 31,81 -0,157 18,23 0,449 -0,822 3,018 0,175 0,347 0,281 0,308 20 28,45 30,95 36,03 38,48 0,137 2,367 0,325 0,396 21 22 23 44,42 12,73 26,52 47,24 14,14 29,85 51,86 15,75 32,49 58,73 17,57 37,1 0,769 0,209 -0,21 2,019 3,249 2,566 0,276 0,427 0,537 0,381 0,963 0,329 24 38,4 45,56 49,09 56,63 2,113 2,434 0,253 0,471 25 26 14,31 26,36 13,61 29,85 16,82 32,71 16,92 37,1 -0,47 1,988 3,536 3,544 0,411 0,139 27 39,26 43,87 48,26 54,53 1,888 3,446 0,432 111,37 117,69 49,80 70,54 36,62 35,21 155,30 116,98 56,36 32,03 106,30 50,04 34,44 52,79 36,13 31,08 132,32 55,74 51,51 25,55 97,65 49,13 0,652 0,450 33,78 90,29 47,06 24,81 101,22 49,94 0,353 35,01 28,55 106 Для коэффициента вариации Var p = 0,1032 - 0,0018·h + 0,1610·m - 0,0114·n +0,00008·h2 - 0,0009·h·m 0,00003·h·n - 0,0096·m2-0,00003·m·n + 0,00015·n2; (4.7) Var r = 0,3058 - 0,0277·h + 0,2312·m - 0,0029·n +0,00034·h2 - 0,0012·h·m + 0,000057·h·n - 0,0129·m2 -0,00025·m·n + 0,00005·n2 (4.8) Для мощности на дозирование Np = 92,0746 - 3,2547·h + 18,1681·m - 0,0976·n + 0,0268·h2 -0,1492·h·m + 0,0093·h·n - 0,9486·m2 + 0,0667·m*n -0,0107·n2 (4.9) Nr = 170,343 - 5,6361·h+9,3846·m+0,2947·n +0,0545·h2 -0,0469·h·m - 0,0052·h·n 0,8851·m2 + 0,0848·m·n -0,0095·n2 (4.10) Значимость факторов и их взаимодействий показана при помощи диаграммы Pareto программы Statgraphics Plus. Значимость коэффициентов регрессии рассчитывали по t-критерию Стьюдента путем нахождения доверительного интервала для того или иного коэффициента регрессии. Результаты расчетов по каждой модели относительно табличного значения критерия Стьюдента приведены в виде диаграмм. Диаграммы факторов, влияющих на подачу Q для уравнений регрессии (4.3) и (4.4) показаны на рис. 4.4. Значимыми факторами, не зависящими от физико-механических свойств, являются частота вращения n (С: n), высота диска h (А: h) и их взаимодействие h·n (АС). Анализ графиков и таблиц приложения 6 диссертации показывает, что в зависимости от физико-механических свойств количество ячеек m (В: m) может влиять (для рассыпного комбикорма) на подачу дозатора или не влиять (для гранулированного комбикорма). Из эффектов взаимодействия для рассыпного комбикорма значим h·n и эффект при квадратичных членах m2, для гранулированного комбикорма h·n и n2. 107Pareto Chart for Qp Standardized C:n A:h AC+block B:m BB CC BC+block AB+block AA 0 20 40 60 80 0 20 40 60 80 Standardized 1 Pareto Chart for Qr Standardized effect C:n A:h AC+block CC B:m BC+block BB AB+block AA 2 Standardized effect Рис 4.4. Диаграммы влияния факторов и их эффектов на подачу дозатора: 1-рассыпной комбикорм; 2-гранулированный комбикорм Исключение незначимых эффектов осуществлено с последующим пересчетом всех коэффициентов регрессии по методу последовательного регрессионного анализа. После исключения незначимых факторов уравнения регрессии (4.3), (4.4) для подачи дозатора принимают следующий вид: Qp =10,2255 +0,0375·h -3,6472·m+0,0505·n +0,0104·h·n + 0,2733·m2 (4.11) Qr = 2,0955 - 0,0156·h - 0,1268·n + 0,0139·h·n + 0,0021·n2 (4.12) Qp 108 Response Surface Estimated 50 40 30 20 10 0 18 28 38 48 58 68 0 20 40 60 n Qr h Estimated 1 Response Surface 60 50 40 30 20 10 0 18 28 38 48 58 h 68 0 20 40 60 n 2 Рис. 4.5. Поверхности отклика, характеризующие показатель подачи дозатора для рассыпного (1) и гранулированного (2) комбикорма при факторе m зафиксированном на нулевом уровне (m=6 ячеек) На основе полученных уравнений регрессии строим сечения и поверхности отклика и даем их краткий анализ. Анализ полученных уравнений производим методом двумерных сечений. Для более наглядного представления показываем также поверхности отклика уравнений регрессии. Из всех сечений отклика представляется целесообразным исследовать те сечения, которые имеют наибольшее практическое значение. Результаты исследования уравнения регрессии (4.11) и (4.12) для подачи дозатора на рассыпном (Qp) и гранулированном (Qr) комбикорме в зависимости от варьируемых факторов методом двумерных сечений и поверхностей отклика приведены на рис. 4.5, рис 4.6 и рис. 4.7. 109 Contours of Estimated Response Surface Qp 9,0 12,0 15,0 18,0 21,0 24,0 27,0 m 7 6 5 4 18 28 38 48 58 30 25 20 15 10 5 0 18 68 h Contours of Estimated Response Surface 1 Qr 12,0 16,0 20,0 24,0 28,0 32,0 7 6 28 38 48 58 68 4 5 6 7 8 m h Estimated Response Surface 40 30 Qr 8 m Estimated Response Surface Qp 8 5 20 10 0 18 4 18 28 38 48 58 68 28 38 h h 48 58 68 4 5 6 7 8 m 2 Рис. 4.6. Двумерные сечения и поверхности отклика, характеризующие показатель подачи дозатора для рассыпного (1) и гранулированного (2) комбикорма при факторе n зафиксированном на нулевом уровне (n=35 мин-1) Проекции поверхности отклика (рис. 4.5) представляют собой плоскость. С увеличением варьируемых факторов h и n (высоты диска и частоты вращения диска дозатора) критерии оптимизации Qр и Qr (подача дозатора) увеличиваются, что совпадает с теоретическими исследованиями. Так как значим эффект взаимодействия h·n (АС) для уравнений (4.5) и (4.6) поверхность имеет перегиб Подача дозатора изменяется от 0 до 50 кг/мин для рассыпного комбикорма и от 0 до 60 кг/мин для гранулированного комбикорма, так как он имеет большую объемную массу. Для подачи дозатора на рассыпном комбикорме значимым оказался коэффициент уравнения регрессии (4.5) при квадратичном члене m2, в результате сечения поверхности отклика для подачи дозатора [рис.4.6 (1)] представлены в виде контурных кривых. На гранулированном комбикорме [рис. 4.6 (2)] поверхность отклика подачи дозатора имеет вид наклонной плоскости, так как 110 фактор m и его эффекты взаимодействий были исключены из уравнения регрессии (4.6). Estimated Response Surface Contours of Estimated Response Surface Qp 0,0 4,0 8,0 12,0 16,0 20,0 24,0 28,0 50 n 40 30 20 10 Qp 60 0 5 6 7 4 8 m Contours of Estimated Response Surface 60 n 40 30 20 10 6 7 8 4 5 6 7 8 20 60 n 40 30 20 10 0 0 0 40 Estimated Response Surface 1 Qr 4,0 8,0 12,0 16,0 20,0 24,0 28,0 32,0 50 5 m Qr 4 30 25 20 15 10 5 0 4 m 5 6 m 7 8 0 20 40 60 n 2 Рис. 4.7. Двумерные сечения и поверхности отклика, характеризующие показатель подачи дозатора для рассыпного (1) и гранулированного (2) комбикорма при факторе h зафиксированном на нулевом уровне (h=38 мм) С увеличением высоты диска от 18 до 58 мм подача увеличивается от 8 до 23 кг/мин для рассыпного комбикорма и от 9 до 27 кг/мин для гранулированного комбикорма. Значимость коэффициента m2 уравнения (4.5) показывает сечение и поверхность отклика, изображенные на рисунке 4.7 (1). Поверхность отклика для гранулированного комбикорма представляет собой наклонную плоскость [рис. 4.7 (2)]. При увеличении частоты вращения подача увеличивается (линейная зависимость). Степень достоверности аппроксимации моделей полиномами второй степени, выраженная в процентах превышает 99%. 111 Факторы, влияющие на погрешность дозирования Р для уравнений регрессии (4.5) и (4.6), показаны на рис. 4.8. Standardized Pareto Chart for Pp AC C:n CC BC BB AA AB B:m A:h 0 1 2 3 4 Standardized Pareto Chart for Pr 1 Standardized effect C:n BC AC CC A:h AA B:m BB AB 0 4 8 12 16 20 24 2 Standardized effect Рис. 4.8. Диаграммы влияния факторов и их эффектов на погрешность дозирования: 1-рассыпной комбикорм; 2-гранулированный комбикорм На погрешность дозирования для рассыпного комбикорма наибольшее влияние оказывает эффект взаимодействия высоты диска и частоты вращения [см. рис. 4.8 (1)], затем частота вращения (С:n) и ее эффект при квадратичных членах (СС). Эффект взаимодействия количества ячеек и частоты вращения (ВС) оказался незначимым, однако исключать его не следует, так как это может повлиять на адекватность полученной модели. Для гранулированного комбикорма наиболее значимым фактором является частота вращения [см. рис. 4.8 (2)]. Затем идут эффекты взаимодействия ко- 112 личества ячеек и частоты вращения диска дозатора (ВС) и высоты диска и частоты вращения (АС). После исключения незначимых факторов и эффектов получили уравнения регрессии для погрешности дозирования: Pp = 4,0823 - 0,0501·h - 0,3030·m - 0,1775·n + 0,0014·h·n+ 0,0087·m·n + 0,0013·n2 (4.13) Pr = -3,2279 + 0,0327·h - 0,3445·m + 0,0922·n –0,0009·h·n+0,0098·m·n (4.14) Estimated Response Surface Contours of Estimated Response Surface Pp -1,2 -0,8 -0,4 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 50 n 40 30 20 10 2,7 1,7 Pp 60 0,7 -0,3 -1,3 18 28 38 h 0 18 28 38 48 58 68 48 58 68 0 20 40 60 n h 60 Pr -4,0 -3,0 -2,0 -1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 50 n 40 30 20 10 0 18 28 38 48 h 58 68 1 Estimated Response Surface Pr Contours of Estimated Response Surface 5,2 3,2 1,2 -0,8 -2,8 -4,8 18 28 38 h 48 58 68 0 20 40 60 n 2 Рис. 4.9. Двумерные сечения и поверхности отклика, характеризующие показатель погрешности дозирования для рассыпного (1) и гранулированного (2) комбикорма при факторе m зафиксированном на нулевом уровне (m=6 ячеек) Для изучения зависимости погрешности дозирования (Р) от варьируемых факторов (после исключения незначимых факторов), на основе данных уравнений (4.13) и (4.14) построены сечения и поверхности отклика (рис. 4.9-4.11). 113 Анализ данных двумерных сечений показывает, что совместное взаимодействие факторов h и n в области эксперимента по показателю погрешности дозирования (Рр) для рассыпного комбикорма имеет форму седловины. Для различных значений подачи дозатора можно найти соответствующее значение высоты и частоты вращения диска. Нулевое значение погрешности дозирования наблюдается при n=0…18 мин – 1 , h=18…46 и при n=42…60 мин – 1 , h=18…68мм. Данная поверхность имеет перегиб при n=10 до 40 мин – 1, h=18 до 68 мм. Погрешность дозирования лежит в пределах -1,3 до -0,4 %. Для гранулированного комбикорма поверхность отклика представляет собой наклонную плоскость [рис. 4.9 (2)]. Сечение поверхности отклика по параметру оптимизации погрешности дозирования (Рr) показывает, что нулевое значение наблюдается при n=35 мин – 1 для любого значения высоты в пределах варьирования. Estimated Response Surface Estimated Response Surface h 39 Pr Pp -0,48 -0,5 -0,52 -0,54 -0,56 -0,58 8 7 -0,6 6 m 18 28 5 38 48 58 4 68 (X 0,000001) 41 37 35 33 6 5 18 28 38 48 58 68 4 7 8 m h 1 2 Рис. 4.10. Поверхности отклика, характеризующие показатель погрешности дозирования для рассыпного (1) и гранулированного (2) комбикорма при факторе n зафиксированном на нулевом уровне ( n=35 мин – 1) Поверхность отклика для погрешности дозирования уравнений регрессии (4.11) и (4.12) при нулевом значении фактора n (частота вращения диска дозатора) показана на рис. 4.10. 114 При n=35 высота диска (h) и количество ячеек (m) не оказывают влияния на погрешность дозирования для обоих видов исследуемых кормов (горизонтальная плоскость). Для рассыпного и гранулированного комбикорма погрешность дозирования составляет соответственно: - 0,54 и 0 %. Поверхности и сечения поверхностей отклика, построенные по уравнениям регрессии (4.11) и (4.12) для критерия оптимизации (погрешность дозирования) при нулевом значении фактора h=38 мм показаны на рис. 4.11. Estimated Response Surface Contours of Estimated Response Surface 60 Pp -0,4 0,0 0,4 0,8 50 2,7 1,7 30 Pp n 40 20 10 0,7 -0,3 0 4 5 6 7 -1,3 18 28 8 m 38 48 58 h 60 Pr -4,0 -3,0 -2,0 -1,0 0,0 1,0 2,0 3,0 50 n 40 30 20 10 0 4 5 6 m 7 8 1 n Estimated Response Surface 5,2 3,2 Pr Contours of Estimated Response Surface 68 20 0 60 40 1,2 -0,8 -2,8 -4,8 18 28 38 h 48 58 68 0 20 40 60 n 2 Рис. 4.11. Двумерные сечения и поверхности отклика, характеризующие показатель погрешности дозирования для рассыпного (1) и гранулированного (2) комбикорма при факторе h зафиксированном на нулевом уровне (h=38 мм) Для рассыпного и гранулированного комбикорма результаты расчетов погрешности дозирования при взаимодействии факторов m и n получаются подобием рис.4.9. 115 Степень достоверности аппроксимации моделей полиномами второй степени, выраженная в процентах для рассыпного комбикорма составляет 65,5%, а для гранулированного 96,9 %. Наиболее существенным и независимым критерием для оптимизации параметров дозатора служит коэффициент вариации (Var). Минимальное значение критерия оптимизации соответствует оптимальному значению факторов. Влияние факторов на коэффициент вариации (Var) для уравнений регрессий (4.7) и (4.8) показано на рис. 4.12. Standardized Pareto Chart for Var r CC C:n A:h AB B:m BB AA AC BC 0 0,4 0,8 1,2 1,6 2 2,4 Standardized Pareto Chart for Var p 1 Standardized effect A:h AA B:m AB BB C:n AC CC BC 0 1 2 3 4 2 Standardized effect Рис. 4.12. Диаграммы влияния факторов и их эффектов на коэффициент вариации: 1-рассыпной комбикорм; 2-гранулированный комбикорм Для рассыпного комбикорма на уровне значимости 95% факторы оказались не значимыми. Большее значение имеет эффект при квадратичном члене h2 (частоты вращения диска), затем частота вращения n (С: n) и высота диска h 116 (А: h), после следуют эффект взаимодействия h·m, количество ячеек m и прочие [рис. 4.12 (1)]. На коэффициент вариации для гранулированного комбикорма значимым фактором оказалась высота диска (А:h). Наибольшее влияние оказывает эффект высоты диска (АА), затем количество ячеек (В:m) и затем все остальные [рис.4.12 (2)]. После подстановки в уравнения (4.7) и (4.8) различных значений критерия оптимизации получили уравнения второй степени в стандартной форме, с помощью которой построены поверхности отклика и их сечения для параметра оптимизации – коэффициент вариации (рис. 4.13). Estimated Response Surface Contours of Estimated Response Surface Var p 0,29 0,33 0,37 0,41 0,45 0,49 50 n 40 30 20 0,68 0,58 Var p 60 0,48 0,38 10 0,28 18 0 18 28 38 48 58 28 38 68 h h Contours of Estimated Response Surface 50 n 40 30 20 10 0,81 0,71 0,61 0,51 0,41 0,31 18 0 18 28 38 48 58 68 0 20 n Estimated Response Surface 1 Var r 0,32 0,37 0,42 0,47 0,52 0,57 0,62 0,67 58 60 Var r 60 48 40 68 28 38 h h 48 58 68 0 20 40 60 n 2 Рис. 4.13. Двумерные сечения и поверхности отклика, характеризующие показатель коэффициент вариации для рассыпного (1) и гранулированного (2) комбикорма при факторе m зафиксированном на нулевом уровне (m=6 ячеек) На рисунке 4.13 мы видим, что уравнения (4.9), (4.10) относительно факторов h (высота диска) и n (частота вращения) при количестве ячеек, зафикси- 117 рованном на нулевом уровне (m=6) представляют собой уравнения контурных кривых равных значений соответствующих критериев оптимизации в виде семейств сопряженных эллипсов. Рассмотрение данного двумерного сечения показывает, что совместное взаимодействие факторов h и n в области эксперимента имеет экстремум по показателю коэффициент вариации. Для рассыпного комбикорма в точке Var p=0,285% при величине факторов h=53,5 мм и n=43,5мин – 1 для гранулированного комбикорма Var r= 0,367% при h=50,5 мм и n=17 мин – 1. Поверхности отклика, построенные по данным уравнениям регрессии для факторов h и m, показаны на рисунках 4.14 и 4.15. Estimated Response Surface Contours of Estimated Response Surface Var p 0,25 0,27 0,29 0,31 0,33 0,35 0,37 0,39 m 7 6 5 0,42 0,39 0,36 0,33 0,3 0,27 0,24 18 Var p 8 4 18 28 38 48 58 68 h 28 38 48 h Contours of Estimated Response Surface Var r 0,28 0,33 0,38 0,43 0,48 0,53 0,58 0,63 m 7 6 5 28 38 48 58 8 m 0,75 0,65 0,55 0,45 0,35 0,25 18 4 18 68 5 4 7 Estimated Response Surface 1 Var r 8 58 6 68 28 38 h h 48 58 68 4 5 6 7 8 m 2 Рис. 4.14. Двумерные сечения и поверхности отклика, характеризующие показатель коэффициент вариации для рассыпного (1) и гранулированного (2) комбикорма при факторе n зафиксированном на нулевом уровне (n=35 мин – 1) При постоянных значениях n=35 мин – 1 формы поверхностей имеют ярко выраженную форму седловины, что свидетельствует об условно экстремальном 118 характере протекания процесса. Коэффициент вариации в сечении области оптимума имеет экстремум – минимальное значение. Область оптимума находится в пределах h=48…52 мм и m=6 для гранулированного комбикорма и h=52…54 мм и m =6 для рассыпного комбикорма. Условные экстремумы имеют значения Var р=0,333 при m=6,4 (округляем до 6) ячеек и h=48мм и Var r=0,294 при m=6 ячеек и h=50 мм. Contours of Estimated Response Surface Estimated Response Surface Var p 0,27 0,31 0,35 0,39 0,43 0,47 50 n 40 30 20 0,64 0,54 Var p 60 0,44 0,34 10 0 4 5 6 7 0,24 8 4 5 m m 60 Var r 0,29 0,32 0,35 0,38 0,41 50 n 40 30 20 10 0 5 6 m 7 8 1 7 8 0 20 60 n Estimated Response Surface 0,44 0,41 0,38 0,35 0,32 0,29 0,26 Var r Contours of Estimated Response Surface 4 6 40 4 5 6 m 7 8 0 20 40 60 n 2 Рис. 4.15. Двумерные сечения и поверхности отклика, характеризующие показатель коэффициент вариации для рассыпного (1) и гранулированного (2) комбикорма при факторе h зафиксированном на нулевом уровне (h=38 мм) При зафиксированном значении h=38 мм формы поверхностей (также как и при n=35 мин – 1) имеют ярко выраженную форму седловины. Минимальный коэффициент вариации Var р=0,27 и Var r=0,29 при m=4 (как для рассыпного, так и для гранулированного комбикорма). Вследствие чего имеет смысл рассмотреть поверхности и сечения откликов при постоянном факторе m=4. Условные экстремумы находятся при Var р=0,306 при m=6,5 (округляем до 6) ячеек и n=42мин – 1 и Var r=0,3757 при m=7 ячеек и n=27 мин – 1. 119 Покажем поверхности отклика и их сечения для факторов n и h при третьем факторе, находящемся на нижнем уровне (рис. 4.16). Estimated Response Surface Contours of Estimated Response Surface Var p 0,242 0,262 0,282 0,302 0,322 0,342 0,362 0,382 0,402 0,422 50 n 40 30 20 10 0 18 28 38 48 58 0,64 0,54 Var p 60 0,44 0,34 0,24 18 28 68 Contours of Estimated Response Surface 30 20 68 20 n 0,63 0,53 Var r n 40 58 0 60 Estimated Response Surface 1 Var r 0,238 0,288 0,338 0,388 0,438 0,488 0,538 50 48 h h 60 38 40 0,43 0,33 10 0,23 18 0 18 28 38 48 58 68 h 28 38 48 58 h 68 0 20 40 60 n 2 Рис. 4.16. Двумерные сечения и поверхности отклика, характеризующие показатель коэффициент вариации для рассыпного (1) и гранулированного (2) комбикорма при факторе m зафиксированном на уровне “– 1” ( m =4 ячейки) Рассмотрение данного двухмерного сечения показывает, что совместное взаимодействие факторов h и n в области эксперимента имеет экстремум по показателю коэффициент вариации. Для рассыпного комбикорма в точке Var p=0,2415% при величине факторов h=42 мм и n=43,5мин – 1 для гранулированного комбикорма Var r= 0,367% при h=47 мм и n=13 мин – 1. Несмотря на низкий уровень достоверности для рассыпного (45%) и гранулированного комбикорма (54%) подобие поверхностей отклика и наблюдение области оптимума доказывает правильность поставленной задачи. Значимость факторов, влияющих на мощность процесса дозирования, (по уравнениям 4.9 и 4.10) показана на рис.4.17. 120 Standardized Pareto Chart for Np Standardized Pareto Chart for Nr A:h AA BC CC AC BB AB C:n B:m A:h B:m AA AB CC AC BC C:n BB 0 3 6 9 12 15 0 2 4 6 8 10 12 2 Standardized effect Рис 4.17. Диаграммы влияния факторов и их эффектов на удельную мощность: 1-рассыпной комбикорм; 2-гранулированный комбикорм 1 Standardized effect Значимое воздействие оказывает высота диска и коэффициент при квадратичном члене, как для рассыпного, так и для гранулированного комбикорма. Для уравнения 4.9 (рассыпной комбикорм) значимым оказался коэффициент при m (количество ячеек). После исключения незначимых коэффициентов уравнения 4.9 и 4.10 принимают следующий вид: Np = 136,75 - 3,8238·h + 3,4472·m + 0,0268·h2 (4.15) Nr = 205,003 - 6,0990·h + 0,0545·h2 (4.16) На основании уравнений 4.15 и 4.16 строим поверхности отклика (рис.4.18) и даем их краткий анализ. С увеличением высоты диска дозатора мощность на дозирование одного килограмма комбикорма уменьшается. При этом для рассыпного комбикорма она на порядок меньше, чем для гранулированного комбикорма. Это связано с тем, что гранулы имеют большую плотность материала, а также вследствие защемления гранул стенками ячеек диска и бункера при дозировании. При высоте 58 мм мощность на дозирование для рассыпного комбикорма 19…32 Вт·с/кг (минимальное значение при m=4 ячейки), а для гранулированного порядка 20…34 Вт·с/кг. Степень достоверности для рассыпного и гранулированного комбикорма соответственно 87,43 и 87,45 %. 121 Estimated Response Surface Estimated Response Surface 100 Nr Np 80 60 40 20 18 28 38 48 58 5 4 68 6 7 8 m 81 71 61 51 41 31 21 18 Estimated Response Surface h 82 Nr 86 Np 102 46 26 18 28 38 48 h 58 68 0 20 40 38 48 58 68 4 5 7 8 m Estimated Response Surface h 106 66 28 6 62 60 42 n 22 18 28 38 48 h 1 58 68 0 20 40 60 n 2 Рис. 4.18. Поверхности отклика, характеризующие показатель удельной мощности на дозирование для рассыпного (1) и гранулированного (2) комбикорма при факторах n и m зафиксированных на нулевом уровне ( n =35 мин – 1 и m=6) При увеличении высоты диска увеличивается подача дозатора и масса комбикорма в одной ячейке. При кратной раздаче комбикорма в кормушки значительное увеличение подачи не требуется. Удельная мощность рассчитана при непрерывном режиме работы. Увеличение подачи потребует уменьшения времени на пуск и остановку двигателя дозатора, а также приведет к уменьшению точности выдачи. Выводы: По результатам экспериментальных исследований определены оптимальные конструктивно-технологические параметры дозатора: На рассыпном комбикорме Высота диска 38…44 мм; Частота вращения 40…44 мин -1; 122 Количество ячеек – 4; При этих параметрах коэффициент вариации 0,242%, подача дозатора 2730 кг/мин, удельная мощность 34…43 Вт·с/кг. На гранулированном комбикорме Высота диска 44…50 мм; Частота вращения 8…20 мин -1 Количество ячеек – 4. При этих параметрах коэффициент вариации 0,238%, подача дозатора 6…15 кг/мин, удельная мощность 33…47 Вт·с/кг. 123 5. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА УСТАНОВКИ ДЛЯ КОРМЛЕНИЯ КОРОВ В основу создания конструкции установки для дозированного кормления коров положено, как указывалось выше, техническое решение по патенту на изобретение RU №2223640 C2 A 01 K 5/00 [94] и патенту на полезную модель RU №35056 U1 7 А 01 К 5/00 [95] с использованием результатов теоретических и экспериментальных исследований, изложенных в разделах 2 и 4 настоящей работы. В целях проверки выполненных теоретических и лабораторных исследований образец установки был установлен в коровнике ООО «Агросинтез» г. Казань, где в период с 5 апреля по 15 мая 2004 г. была проведена ее производственная проверка (см. приложение 3 и 4.) Производственные испытания установки проводились в соответствии с ГОСТ 15001 - 73 и ОСТ 70.19.1 - 74 [32, 92]. Испытания проводились при нормальном протекании технологического процесса в условиях, удовлетворяющих требованиям руководства по монтажу и эксплуатации установки. Комбикорма соответствовали зоотехническим требованиям и нормам. Для кормления использовался рассыпной комбикорм и комбикорм в гранулах. Физикомеханические свойства концентрированных кормов приведены в разделе 4.1. Режимы работы установки были рассчитаны и выбраны в соответствии с приведенными исследованиями. Установка обслуживала коров. Содержание коров – беспривязно-боксовое. Максимальная норма выдачи концентрированного корма составила 2,5кг/гол, минимальная - 0,27 кг/гол. При производственной проверке изменение нормы выдачи корма коровам в зависимости от их продуктивности проводилось изменением количества выданных порций (ячейки диска). В результате проведения производственной проверки установлено, что устройство для дозирования может осуществлять раздачу концентрированных кормов в стационарном режиме вместо установленных импортных дозаторов. 124 Частота вращения диска установлена 20 мин – 1 для гранулированного и 40 мин –1 для рассыпного комбикорма. Высота диска 44 мм, 4 ячейки. Качество выполнения технологического процесса характеризуется высокой степенью точности формирования доз концентрированного корма. Их величина может изменяться в пределах от 136 г до 2,5 кг. Результаты производственной проверки установки по качественным показателям показывают, что отклонение фактической дозы выдаваемого корма от заданной величины дозы не превышает 2,4%, что ниже допустимого по зоотехническим требованиям (±5%). Коэффициент вариации, характеризующий неравномерность выдачи корма в индивидуальные кормушки [4, 55], составляет в среднем 0,4%, что соответствует зоотехническим требованиям. Невозвратимых потерь в процессе дозирования не наблюдалось, а возвратимые потери не превышали 0,06% от общего количества выдаваемого корма, что допускается зоотехническими требованиями. Прекращение поступления корма в кормушки до полного опорожнения бункера не наблюдалось. Подача установки при кормлении коров рассыпным (гранулированным) комбикормом составляла 21 (12) кг/мин. В процессе производственной проверки установки в хозяйственных условиях случаев отказа его узлов или деталей не отмечалось. После проведения производственной проверки установка признана годной к эксплуатации и рекомендована для дальнейшего ее использования на МТФ ООО «Агросервис» г. Казань. Приведенные выше результаты производственной проверки и последующий опыт эксплуатации в хозяйстве подтверждают, что установка устойчиво и качественно выполняет процесс кормления коров по всем показателям назначения и удовлетворяет зоотехническим требованиям Техническая характеристика, разработанная на основании выполненных исследований установки для дозированного кормления коров, приведена в таблице 5.1. 125 Таблица 5.1 Техническая характеристика предложенного дозатора Числовые Наименование показателей. значения 3 Объем приемного бункера, м 0,5 3 Рабочий объем одной ячейки, м 0,000270745 Частота вращения диска рассыпной 40 (гранулированный), мин – 1 (20) Установленная мощность, кВт 0,1 Подача кормов, рассыпной 21 (гранулированный) кг/мин (12) Обслуживающий персонал, чел Габаритные размеры, м длина 0,6 ширина 0,4 Высота (с приемным бункером) 1,4 Масса, кг 8,8 Выводы 1. Результаты производственной проверки показали, что предложенная установка обеспечивает надежное выполнение технологического процесса кормления коров. 2. Результаты производственной проверки при сравнении с экспериментальными исследованиями показали высокую сходимость показателей назначения. 3. Производственная проверка и практический опыт эксплуатации подтвердили, что установка предложенной конструкции имеет высокую эффективность и соответствует зоотехническим требованиям по всем показателям. 126 6. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ УСТАНОВКИ ДЛЯ ДОЗИРОВАННОГО КОРМЛЕНИЯ КОРОВ 6.1. Расчет годовой эффективности Расчет экономической эффективности применения установки производи- ли на основе следующих методик и требований [24, 61, 83, 84, 87, 88, 113, 114, 129]. В качестве базы сравнения принята аналогичная установка иностранного производства. Согласно методике приведенные затраты рассчитываются по формуле: Пз=Э+Е*КВ, где (6.1) Э – годовые эксплуатационные расходы; Е – нормативный коэффициент эффективности; КВ – капитальные вложения. Годовой экономический эффект по приведенным затратам определяется разностью годовых приведенных затрат в сравнительных вариантах дозирующих устройств. Пз=Пзб – Пзн, (6.2) где Пзб(н) – годовые приведенные затраты по базовому и новому варианту. Отношение величины капитальных вложений к величине годового экономического эффекта характеризует срок окупаемости капитальных вложений: То=КВ/Эг, (6.3) где Эг – годовой экономический эффект. Эг=ΣSб-ΣSн, (6.4) где ΣSб(н) – сумма годовых затрат на эксплуатацию установки. Так как технология выдачи комбикормов не изменилась и размеры базовой и новой установок примерно равны будем учитывать только затраты на техническое обслуживание и ремонт, а также амортизацию. Величина капитальных вложений экспериментальной установки рассчитывается по формуле: КВ=Км*Ср , (6.5) 127 где Км – коэффициент транспортных и монтажных работ; Ср – стоимость установки. Км = 1,26 [88] Годовые расходы на текущий ремонт и техническое обслуживание определяются на основании норм отчислений: SТО и Р =КТО и Р*КВ, где (6.6) К ТО и Р – норма отчислений на техническое обслуживание и ремонт. К ТО и Р =0,18 [88] Амортизационные отчисления: Sа = Ка*КВ, где (6.7) Ка – коэффициент амортизационных отчислений. Ка = 0,2 [88] 6.2. Расчет цены установки Использование предложенной установки для дозированной выдачи концентрированного корма коровам не требует демонтажа оборудования, изменения технологического процесса и дополнительных (по сравнению с базовым вариантом) средств на изменение строительной части помещения. Поэтому для расчета цены воспользуемся формулой: Ср=ΣЦк*Ксб, где (6.8) ΣЦк – цена комплектующих частей; Ксб – коэффициент, учитывающий сборку и доставку. Ксб=1,1 Ср=(Цэд.+Цд.+Цпр.ш.+Цкорп.+Цкож.+Цб.+Цв.)*Ксб., где Цэд. – стоимость электродвигателя; ЦЭД.=1750 руб. Цд. – цена дозирующего диска; Цд.=350 руб. Цпр.ш. – цена приводной шестерни; Цпр.ш.=250 руб. Цкорп. – цена корпуса дозатора; Цкорп.=1030 руб Цкож. – цена кожуха дозатора; Цкож.=520 руб. Цб. – цена бункера дозатора; Цб.=240 руб. (6.9) 128 Цв. – цена ворошилки. Цв.=360 руб. Цена экспериментальной установки составила 4,5 тыс. руб. Стоимость аналогичного дозатора фирмы “Westfalia Surge” с учетом налогов на транспортировку, НДС (18%) и таможенные платежи (5,6%) составила 1032 Евро. 6.3. Результаты расчета экономической эффективности предложенной установки Данные по расчету экономической эффективности заносим в таблицу 6.1. Таблица 6.1 Технико-экономические показатели Показатели Результаты расчета базовый новый Стоимость одного дозатора, руб 30960 4500 Величина капитальных вложений, руб 39000 5670 Сумма годовых затрат на эксплуатацию установки, руб 14820 2155 Годовой экономический эффект, руб 12665 Срок окупаемости, лет 0,45 129 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. При анализе работы известных конструкций установок для выдачи комбикорма и результатов их исследований была установлена перспективность использования объемных дозаторов, дозирование в которых осуществляется при помощи ячеек. В конструкции такой установки заложена возможность осуществления процесса выдачи концентрированных кормов с высокой точностью дозирования, требуемой подачей и малыми затратами энергии. Исходя из этого, была составлена классификация дозаторов комбикормов, обосновано новое техническое решение (патенты №2223640 и №35056) и создана высокоэффективная установка для дозированной выдачи концентрированных кормов в животноводстве. 2. Теоретический анализ работы дозатора позволил получить: - уточненные выражения для определения конструктивно-режимных параметров дозатора, в том числе, - скорости истечения материала из бункера (2.20); - переменной величины - гидравлического радиуса (2.14); - подачи дозатора (2.34); - давления на дно бункера (2.35); - мощности на привод дозатора (2.40). 3. Определены физико-механические свойства исследуемых комбикормов. Влажность комбикорма не превышала 14 %, насыпная масса для рассыпного и гранулированного комбикорма составила соответственно 490 и 623кг/м3. Рассыпной комбикорм имеет допустимую сыпучесть по методу Р. Кара, при дозировании требуется ворошилка. Гранулированный комбикорм имеет хорошую сыпучесть. 4. Экспериментальные исследования рабочего процесса установки позволили обосновать ее основные конструктивные параметры. В частности, при проектировании установки следует принимать частоту вращения диска дозатора на гранулированном комбикорме n = 8…20 мин – 1 , высоту диска 130 h=44…50 мм, при рассыпном комбикорме n = 40…44 мин – 1, высоту диска h=38…44 мм, количество ячеек для обоих видов комбикорма m= 4. При этом подача и удельная мощность дозатора на рассыпном и гранулированном комбикорме составляет соответственно QР= 27…30, QГ=33…47кг/мин, Nр=34…43, Nr=33…47 Вт·с/кг. 5. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана методика инженерного расчета установок для дозированной раздачи комбикорма коровам (приложение 4). 6. Производственная проверка и эксплуатация предложенной установки в промышленных условиях показали, что она качественно выполняет процесс выдачи комбикорма, скармливаемого коровам, и соответствует зоотехническим требованиям по всем показателям. Погрешность дозирования не превышает 2,4%. 7. - Расчетный годовой экономический эффект с учетом более низкой стоимости одной установки по сравнению с импортным дозатором составляет 12665 рублей; - срок окупаемости предлагаемой установки составляет 0,45 года. 131 Библиографический список 1. Абрамов С.С. Повышение эффективности работы барабанного дозатора в технологических линиях приготовления и раздачи кормов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Саратов, 1989. 2. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. – М.: Наука, 1976. – 280 с. 3. Акчурин А.А. Повышение эффективности работы барабанных дозаторов в технологических линиях приготовления и раздачи кормов на животноводческих фермах. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Саратов, 1997. 4. Алешкин В.Р. Планирование эксперимента при моделировании рабочего процесса кормоприготовительных машин //Интенсификация сельскохозяйственного производства Кировской области: Сб. науч. Тр. КСХИ. – Пермь, 1980, т.68, с. 102 – 106. 5. Алешкин В.Р., Рощин П.М. Механизация животноводства /под ред. С.В. Мельникова. - М.: Агропромиздат, 1985. – 336 с. 6. Алферов К.В., Зенков Р.Л. Бункерные установки. – М.: Машгиз.,1955 7. Амельянц А.Г. Исследование рабочего процесса и обоснование параметров бункерного раздатчика. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Саратов, 1980. – 178 с. 8. Арефьев А.И. ЖТФ, 1937 т. 8, вып. 4. 9. Астахов А.А, Еленеев А.В. Краткий справочник по машинам и оборудованию для животноводческих ферм. – М.: Колос. – 1977. – 250 с. 10.Белянчиков Н.Н., Смирнов А.И. Механизация животноводческих ферм и комплексов. – М.: Колос. – 1984. – 396 с. 11.Богдан И. Индивидуальная выдача концкормов// Сельский механизатор №12, 1999, с. 33. 132 12.Богданов Г.А. Кормление сельскохозяйственных животных. – М.: Агропромиздат.,1990. – 624 с. 13.Босый Н.А и др. Прогнозирование средств кормораздачи для свиноферм //Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1975, №2 с. 19 – 20. 14.Боярский Л.Г. Технология кормов и полноценное кормление сельскохозяйственных животных: Учебное пособие. – Ростов н/д:Феникс, 2001. – 145 с. 15.Вагин Б.И., Трутнев М.А., Трутнев Н.В. Зоотехнические и экономические предпосылки дозирования сухих концентрированных кормов. //Сборник научных трудов. Совершенствование технологических процессов и рабочих органов машин в растениеводстве и животноводстве. – Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский ГАУ, 2003. – с. 29 – 31. 16.Варламов А.В. Повышение эффективности процесса выпуска компонентов комбикорма из бункера с донными щелевыми отверстиями и механическим сводоразрушителем. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Саратов, 1999. 17.Василенко П.М., Василенко И.И. Механизация и автоматизация процессов приготовления и дозирования кормов / Всесоюзная академия сельскохозяйственных наук им. В.И. Ленина. – М.: Агропромиздат. – 1985. – 224 с. 18.Васильев С.Н. Обоснование конструктивно-кинематических параметров многокомпонентного вибродозатора сыпучих кормов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Барнаул, 1992. 19.Веденяпин Б.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. – М.: Колос.1973.-199с. 20.Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. – 576 с. 21.Верников Д.Н. Исследование шнековых кормораздатчиков для ферм крупного рогатого скота. В кн.: Механизация и электрификация сельского хозяйства. – К.,1985,вып. 3. – 240 с. 22.Видинеев Ю.Д. Дозаторы непрерывного действия. – М.: Энергия. – 1978. – 184 с. 133 23.Виноградов В.Н., Кирилов М.П., Кумарин С.В. Современные подходы к использованию концентрированных кормов //Зоотехния. – 2002. – №6, с. 10 – 11. 24.Власов Н.С. Методика экономической оценки сельскохозяйственной техники. – М.: Колос, 1968. – 128 с. 25.Гнурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Учеб. пособие для вузов. Изд. 6-е, стер. – М.: Высш. шк.., 1997. – 479 с. 26.Горюшинский В., Прохоренков В. Раздатчик кормов для свиноматок. //Техника в сельском хозяйстве. – 1976, №1, С. 23 – 24. 27.Горюшинский В.С. Исследование дозирующего раздатчика сухих и влажных кормов для свиноводческих ферм. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Саратов, 1971. – 195 с. 28.Горюшинский И.В. Совершенствование рабочего процесса и обоснование параметров бункерного устройства с побудителем скребкового типа для выпуска комбикорма и его компонентов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Саратов, 1998. –26 с. 29.ГОСТ 13496.0 – 80. Комбикорма, сырье. Методы отбора проб. – М.: Издательство стандартов, 1980 – 4 с. 30.ГОСТ 13496.3 – 92. Комбикорма. Сырье, методы определения влажности. – М.: Издательство стандартов, 1992. – 4 с. 31.ГОСТ 13496.8 – 72. Комбикорма, методы определения крупности размола и содержания неразмолотых семян культурных и дикорастущих растений. – М.: Издательство стандартов, 1990. – 4 с. 32.ГОСТ 15.001 – 73. Разработка и постановка продукции на производство. Основные положения. – М.: Издательство стандартов, 1982. – 40 с. 33.ГОСТ 28254 – 89. Комбикорма. Сырье, методы определения объемной массы и угла естественного откоса. – М.: Издательство стандартов, 1989. – 4 с. 34.ГОСТ 7.1 – 84. Библиографическое описание документа. Общие требования и правила составления. - М.: Издательство стандартов, 1984. – 75 с. 134 35.ГОСТ 9268 – 90. Комбикорма-концентраты для крупного рогатого скота. Технические условия. – М.: Издательство стандартов, 1992. 36.ГОСТ Р 51848 – 2001. Комбикорма. Термины и определения. М.: Издательство стандартов, 2002. 37.ГОСТ Р 51850 – 2001. Продукция комбикормовой промышленности. Правила приемки. Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение. М.: Издательство стандартов, 2002 38.ГОСТ Р31899 – 2002. Комбикорма гранулированные. Общие технические условия. – М Издательство стандартов, 2002. 39.Гостан И.А. Исследования процесса дозирования трудносыпучих кормов при приготовлении заменителя цельного молока. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Кишинев, 1977. 40.Григорьев Л.М. Винтовые конвейера. – М.: Машиностроение. – 1972. – 184с. 41.Григорьев Н.Г. Нормирование концентратов в рационе КРС //Зоотехния. – 1999. – №5, с. 11 – 15. 42.Гячев Л.В. Движение сыпучих материалов в трубах и бункерах. М.: Машгиз, 1968. – 184с. 43.Гячев Л.В. Основы теории бункеров. – Новосибирск: изд.-во Новосиб. ун-та, 1992. – 310 с. 44.Денисов М.И. Кормление высокопродуктивных коров. – М.: Россельхозиздат.,1982. – 121 с. 45.Дмитриченко А.П. и др. Практикум по кормлению сельскохозяйственных животных. – Л.: Колос, 1972. – 352 с. 46.Доценко С.М. Технологическое обоснование повышения эффективности работы бункерных накопителей и дозаторов в поточных линиях раздачи стебельных кормов на фермах и комплексах крупного рогатого скота. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Саратов, 1974. 47.Дюк. В. Обработка данных на ПК в примерах. – Спб.: Питер, 1997. – 240 с. 135 48.Елисеев М.С. Совершенствование рабочего процесса и обоснование параметров устройства для дозирования сыпучих кормов телятам. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Саратов, 2000. 49.Жданов А.А. Обоснование основных параметров вертикального вибрационного винтового транспортера сыпучих кормов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Челябинск, 1990. 50.Завалий И.А. Обоснование параметров и режимов работы винтовых дозаторов комбикормовых агрегатов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Саратов, 1990. – 144с. 51.Загоруйко М.Г. Совершенствование рабочего процесса и обоснование параметров устройства для дозирования сыпучих кормов телятам. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Саратов, 2000. – 163 с. 52.Заездный А.М. Основы расчета по статистической радиотехнике. М.: Связь, 1969. – 448 с. 53.Зажигаев Л. С. Кишьян А. А. Романиков Ю. И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. М.: Атомиздат, 1978.- 232 с. 54.Заяц Э.В. Улучшение процесса дозирования кормов свиньям путем разработки универсального лопастного дозатора с активной доочисткой ячеек. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Горки, 1988. 55.Зенков Р.Л. Механика насыпных грузов. М.: Машиностроение, 1964. – 252с. 56.Зенков Р.Л., Гриневич Г.П., Исаев В.С. Бункерные устройства, М., «Машиностроение», 1977. – 223 с. 57.Использование питательных веществ жвачными животными. – М.: Колос, 1978. – 424 с. 58.Канеман Ф.Е., Залогин М.Д., ИЖТ, 1960, т. 3, вып. 4. 59.Каптур З.Ф. Исследование и разработка средств механизации транспортирования и дозирования концентрированных кормов в кормоцехах свиноводче- 136 ских ферм. Диссертация на соискание степени кандидата технических наук. Минск, 1969. 60.Квапил Р. Движение сыпучих материалов в бункерах. 1961 61.Коба В.Г. К методике расчета экономической эффективности раздатчиков кормов. //Труды Саратовского института мех. сельского хозяйства им. М.И. Калинина: Саратов, 1976, вып.64. – С. 37 – 39. 62.Коба В.Г. Классификация и анализ механизированных средств доставки и раздачи кормов животным и птице // Труды Саратовского института механизации сельского хозяйства имени М.И. Калинина. – Саратов, 1970, вып. 46, с. 35 – 41. 63.Коба В.Г. Оценка качества работы раздатчика кормов.// Механизация и электрификация соц. сельского хозяйства, 1979, №8. – 22 с. 64.Коваленко В.П. Исследование рабочего процесса винтового конвейера для транспортирования связных кормов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Волгоград, 1971. 65.Коломнец А.С. Исследование рабочего процесса и обоснование параметров винтового лопастного дозатора кормораздаточных устройств на свиноводческих фермах. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Запорожье, 1979. – 184 с. 66.Кормление сельскохозяйственных животных. Справочник / А.М. Венедиктов. – М.: Агропромиздат., 1988. – 366 с. 67.Кочанова И.И. Исследование производительности истечения сельскохозяйственных сыпучих материалов из бункеров. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Саратов, 1966. – 180 с. 68.Красников В.В. Подъемно-транспортные машины. – М.: Колос, 1981. - 262 с. 69.Кузин Ф.А. Кандидатская диссертация. Методика написания, правила оформления и порядок защиты: Практическое пособие для аспирантов и соискателей ученой степени. – 6-е изд., доп. – М.: Ось-89, 2003. – 224 с. 70.Кукта Г.М. Испытания сельскохозяйственных машин. М.: Машиностроение, 1964 137 71.Лазаренко З.П. Исследование дозаторов сухих и влажных кормов для свиноводческих ферм. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Саратов, 1971. – 202 с. 72.Ли В.Д. Оптимальный режим раздачи концентратов высокопродуктивным коровам //Зоотехния. – 1996. – №7, С. 16 – 17. 73.Ливницев В.П. К определению производительности и неравномерности дозирования сухих концентрированных кормов цепочно-пластинчатым питателем-дозатором с пассивной заслонкой. – Вопросы механизации и электрификации сельскохозяйственного производства, ВНИИМЭСХ вып.3, 1970. 74.Линчевский И.П. ЖТФ, 1959, т. 9,вып. 4. 75.Лобанов В.И. Разработка и обоснование параметров вибрационного дозатора сыпучих кормов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Челябинск, 1988. 76.Макарцев Н.Г. Кормление сельскохозяйственных животных. – Калуга: Облиздат., 1999. – 644 с. 77. Малахов Р.М. Теория и практика выпуска обрушенной руды, 1960. 78.Мельников С.В. Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов Л.: Колос, 1980. – 168 с. 79.Мельников С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм. – Л.: Колос. Ленингр. отд-ние. – 1978. – 560 с. 80.Мельников С.В. Рощин П.М. Яговкин П.В., Вайсман А.А. Методика планирования эксперимента при смещении уровней факторов //Совершенствование технологий и средств механизации для приготовления кормов: сб. науч. тр. – Ленинград – Пушкин, 1981. – т.417. – С. 10-13. 81.Менькин В.К. Кормление сельскохозяйственных животных. – М.: Колос, 1997. – 303 с. 82.Мерзляков И.П. Ученые записки Пермского государственного университета, 1956, т. 11, вып. 4. 138 83.Методика определения экономической эффективности новой техники, изобретений и рацпредложений в машиностроении для животноводства и кормопроизводства. Минживмаш. – М.: ВНИИКОМИ, 1978. – 160 с. 84.Методические указания по определению лимитных цен на новую сельхозтехнику. Госкомцен СССР. – М.: 1981. – 3 с. 85.Механизация и технология производства продукции животноводства /В.Г. Коба, Н.В. Брагинец, Д.Н. Мурусидзе, В.Ф. Некрашевич. – М.: Колос. – 1999. – 528 с. 86.Мжельский Н.И. Смирнов А.И. Справочник по механизации животноводческих ферм и комплексов. – М.: Колос. – 1984. – 336 с. 87.Морозов Н.М. и др. Требования к системе машин и направления развития животноводства в 1981 …1990 годы. – М.: ЦНИИТЭИ, 1978. – 69 с. 88.Морозов Н.М. Эффективность комплексной механизации животноводческих ферм. – М.: Колос, 1972. – 360 с. 89.Нагорский И.С., Бохан Н.И. Экспериментальное исследование дозирования кормовых материалов лопастным и транспортерными питателями. – Труды ЦНИИМЭСХ Черноземной зоны СССР т.V, вып. 2, Минск, 1967. 90.Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных /ред. А.П. Калашников, Н.Н. Клейменов, В.В. Щеглов. – М.: Знание. Ч. 1: КРС. – 1994. – 400 с. 91.Орлов С.П. Дозирующие устройства. – М., Машиностроение, 1966. 92.ОСТ 70.19.1 – 74. Раздатчики кормов. Программа и методы испытаний. Госкомсельхозтехника СССР. – М.:ЦНИИГЭИ, 1975. – 43 с. 93.Оценка свойств текучести твердых тел. Пре. /УФВНИИГ. Пермь, 1974. – Пер. ст. Carr R. Evaluating Flow Properties of Solids// Chem. Engineering. 1965,№1, P. 163 – 168. 94.Патент на изобретение RU №2223640 C2 A 01 K 5/00. Устройство для дозирования выдачи сыпучих кормов. /Трутнев М.А. Трутнев Н.В. 95.Патент на полезную модель RU №35056 U1 7 А 01 К 5/00. Устройство для дозированной выдачи кормов. /Трутнев М.А. Трутнев Н.В. 139 96.Петровский А.Ф., Торесинский Г, Ермилов Н. Дозирование составных частей комбикормов. //Мукомольная и элеваторная промышленность, 1956, №8. 97.Письменов В.Н. и др. Механизированные свиноводческие фермы и комплексы. – М.: Россельхозиздат, 1978. – 220 с. 98.Платонов В.В. К вопросу дозированной раздачи концентрированных кормов на фермах крупного рогатого скота. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Саратов, 1965. – 136 с. 99.Платонов П.М. Современные проблемы механики сыпучих материалов. М.: Машиностроение, 1969. 100. Платонов П.М., Банит Е.А. // Мукомольная и элеваторная промышленность, 1958, №8 С. 23-25. 101. Полонский Л. С. Исследование и обоснование параметров дозирующего устройства для раздатчика кормов на свиноводческих фермах. Диссертация на соискание степени кандидата технических наук. М, 1968. 102. Пульчев И.К. Исследования процесса дозирования комбикормов в непрерывной кормоприготовительной линии на фермах крупного рогатого скота. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Саратов, 1979. 103. Рогинский Г.А. Дозирование сыпучих материалов /под ред. Б.И. Мордковича. – М.: Химия. – 1978. – 173 с. 104. Рунов Б.А. Основы промышленного откорма скота в США и Канаде. – М.: Колос. – 1971. – 231 с. 105. Сабиев У.К. Разработка и обоснование параметров вибрационного дозатора сыпучих кормов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Челябинск, 1989. 106. Савран В.П., Круговой В.Я., Овдиенко Д.В. Перспективная система нормированной выдачи концентратов //Зоотехния. – 2000. – №4, С. 24 – 26. 107. Свешников А.А. Прикладные методы теории случайных процессов. М.: Наука, 1968. – 463 с. 140 108. Скок М.С. Исследование работы шнековых устройств в технологических линиях приготовления кормов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Зерноград, 1976. – 145с. 109. Смирнова Л. Совершенствование системы кормления молочных коров и ремонтных телок //Молочное и мясное скотоводство. – 2002. - №3, с. 19 – 22. 110. Справочник по заготовке и приготовлению кормов в Нечерноземье /В.С. Сечкин, Л.А. Сулима, В.П. Белов и др. – Л.: Колос. Ленингр. отд-ние.,1981.271 с. 111. Справочник по механизации работ на животноводческих фермах / под ред. Мжельского Н.И. – Л.: Колос, 1972. – 519 с. 112. Степко В.С. Исследование работы шнековых дозаторов в дискретном режиме. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Саратов, 1975. – 171 с. 113. Сысуев В.А. Мухамадьяров Ф.Ф. Методы повышения агробиоэнергетической эффективности растениеводства. – Киров.: НИИСХ Северо-Востока, 2001. – 216 с. 114. Сысуев В.А. Энергосберегающие технические средства и технологические линии приготовления и раздачи кормов в скотоводстве.: Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Киров, 1994. – 38 с. 115. Технологическое оборудование животноводческих ферм и комплексов. – 2-е изд.,перераб. и доп. – Л.: Агропромиздат. Ленингр. отд-ние.,1985. – 620 с. 116. Третьяков Г.М. Совершенствование рабочего процесса и обоснование параметров цилиндрического устройства с побудителем типа лопастного колеса для выпуска компонентов комбикорма. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Саратов, 1998. 117. Трутнев М.А., Трутнев Н.В. К расчету дискового дозатора сыпучих материалов. //Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики: Межвузовский сборник научных трудов. – Киров: Вятская ГСХА, 2003. – Вып. 1. – С. 108 – 114. 141 118. Трутнев М.А. Трутнев Н.В. Оптимизация основных параметров дискового дозатора сыпучих кормов.// Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики: Межвузовский сборник научных трудов. – Киров: Вятская ГСХА, 2004. – Вып. 4. – С. 223 – 228. 119. Трутнев М.А., Трутнев Н.В. Сравнительные испытания шиберного и дискового дозатора с применением статистики Microsoft Excel. //Материалы XLIII научно- практической конференции. – Часть 2. – Челябинск: Челябинский ГАУ, 2004. - С. 44 – 47. 120. Трутнев Н.В. Дозатор сыпучих кормов и процесс его работы. //Пермский аграрный вестник: Тез. LXI Межвуз. Науч. – практ. конф. аспирантов и студентов «Достижения и перспективы аграрной науки Прикамья». – Пермь: ПГСХА, 2003. – Вып. IX. – с. 91-92. 121. Трутнев Н.В. Дозирование при дробной раздаче. //Пермский аграрный вестник:Тез. LX Межвуз. Науч. – практ. конф. аспирантов и студентов «Студенческая наука – аграрной реформе Прикамья». – Пермь: ПГСХА, 2002. – Вып. VII. – С. 112 – 115. 122. Учебно-методическое руководство для научно-исследовательской работы студентов «Исследование зависимости плотности и пористости полидисперсных строительных материалов от их гранулометрического состава»/ Ф.М. Кузнецов, К.А. Шестакова, Пермь, 1988. – 16 с. 123. Учебно-методическое руководство для научно-исследовательской работы студентов «Исследование сыпучести зернистых материалов»/ Ф.М. Кузнецов, К.А. Шестакова, Пермь, 1989. – 25 с. 124. Цветов Б.П. Оборудование для раздачи кормов на свинофермах //Техника в сельском хозяйстве. – 1983, №11, С. 20. 125. Чернышев Ю.И. Анализ факторов процесса дозирования кормов. //Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики: Межвузовский сборник научных трудов. – Киров: Вятская ГСХА, 2003. – Вып. 1. –С. 82-89. 142 126. Чернышов Ю.И. и др. Эффективность дозирования кормов. – Труды ЧИМЭСХЧ Челябинск, 1980. – Вып. 156. – С. 24-26. 127. Щедрин В.Т., Конаков А.П. Дозатор для дифференцированной выдачи кормов //Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 1982, №9, С.60 – 62. 128. Щупов Л.П. Математические модели усреднения / Справочное пособие. М.: Недра, 1978. – 287 с. 129. Экономическая эффективность механизации сельскохозяйственного производства /А.В. Шпилько, В.Н. Драйцев, Н.М. Морозов и др. ; ред. П.Н. Кабанцов. – М.: Россельхозакадемия, 2001. -345 с. 130. Экспертиза кормов и кормовых добавок: Учеб. – справ. пособие /К.Я. Мотовилов, А.П.Булатов, В.М. Позняковский, Н.Н. Ланцева, И.Н. Миколайчик. – Новосибирск: Сиб. унив. Изд-во, 2004. – 303 с. 131. Alfa-Laval (“DeLaval”). Рекламные проспекты. 132. Gascoigne melot. Рекламные проспекты. 133. Gatzky D., Meyen L. Neuerlösung zum futterdosieren und verteilen in schweinställen. // Agratechnik, 1984, №4 134. Heidan M. Mecharisierungslösungen für die schweine fleischproduction //Agratechnik, 1991, №10 135. W. Noak. Früfung von Kraftfutter dosieranlagen für Rindvichstall. – Deutsche Agrartechnik, 1961, 11, №8. 136. Westfalia. Рекламные проспекты. 143 Приложения