2.4.Стан тваринництва

У господарстві протягом 2011-2012 рр. намітилась тенденція зростання поголів'я тварин. За цей період поголів'я корів, молодняку ВРХ на відгодівлі

Таблиця 2.3

Структура поголів’я тварин

Вид тварин	Роки
	2011	2012
	Кількість голів	Кількість голів
ВРХ	350	400
Свині	90	100

та свиней зросло. Поголів'я корів у 2012 р. збільшилось порівняно з 2011 роком.

Аналізуючи дані таблиці 1.3 приходимо до висновку, що господарство досягло значних успіхів у тваринництві. Надої молока стабільні з року в рік і майже досягли межі - 5600 кг від кожної корови на рік.

При цьому слід відмітити, що такий рівень продуктивності корів недосяжний для більшості передових господарств району, області та держави.

2.5 Аналіз цеху механізації

Дані про забезпеченість господарства машинами та обладнанням (табл. 1.4) свідчать про достатню матеріально-технічну озброєність і оснащеність галузей рослинництва і тваринництва.

Рівень механізації технологічних процесів у тваринництві практично становить 100 %.

Таблиця 2.4.

Характеристика забезпеченості господарства технікою

Назва і марка машини		Кількість, шт.
Трактори		6
Автомобілі		5
Зернозбиральні комбайни		5
Плуги		5
Дискові борони та лущильники		2
Культиватори		3
Сівалки	Зернові	4
	кукурудзяні	1
Косарки		1

продовження таб.2.4

1		2
Кормороздавачі	КТУ-10	4
	РС-5	2
	КСП-0,8	2
Транспортери скребкові ТСН-160		12
Скреперні установки УС-250		6
Установки для доїння корів	УДЕ-8А „Ялинка”	1
	УДС-3	1
	Де Лаваль	1

2.6. Висновки по розділі 2:

З метою підвищення продуктивності тваринництва, зниження затрат праці та собівартості основних видів тваринницької продукції у господарстві необхідно:зміцнити кормову базу за рахунок підвищення врожайності кормових культур (впровадження агротехнічно правильних і економічно обґрунтованих сівозмін з найбільш раціональною структурою посівних площ; удосконалення системи внесення органічних і мінеральних добрив; впровадження системи обробітку ґрунту, направленої на підвищення родючості і боротьбу з ерозією); удосконалювати годівлю тварин за рахунок згодовування кормів тваринам тільки в підготовленому вигляді у відповідності з науково-обґрунтованими раціонами; створити автономну матеріально-технічну базу для вирощування і відгодівлі молодняку ВРХ.

3. Загальна характеристика роботи

1. Основний зміст роботи.

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

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

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

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- проаналізувати способи й засоби роздавання і дозування сипучих кормів для прив’язної і бе­зприв’язної технологій утримання корів, окреслити

напрями удосконалення індивідуального роз­­давача-дозатора, обґрунтувати та оптимізувати конструкцію і тип його дозувальних робочих органів;

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

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

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

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

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

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

- оцінити економічну ефективність автоматизованого індивідуального роз­давача-дозатора комбікормів.

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

Предметом дослідження є встановлення закономірностей між конструктивно-технологічними параметрами і режимами роботи

індивідуального роздавача-дозатора комбікормів і їх впливом на ефективність процесу дозування.

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

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

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

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

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

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

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

№ 48479, № 52059, № 70691.

Практичне значення одержаних результатів. Одержані теоретичні та експериментальні результати досліджень знайшли практичне застосування при розробці конструкції виробничого зразка автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора комбікормів, обґрунтуванні й оптимізації його конструктивно-технологічних параметрів і режимів роботи,

що дає можливість забезпечити нерівномірність видачі комбікорму в межах 1,66–4,8 % відповідно до зоотехнічних вимог.

Основний зміст роботи.

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

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

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

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

У другому розділі “Теоретичні дослідження індивідуального роздавача-до­за­тора комбікормів” на основі аналізу існуючих тенденцій розвитку роздавачів і до­за­торів си­пу­чих кормів було обґрунтовано й створено нову конструкцію автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора

комбікормів з конусно-лопатевим робочим органом .

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

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

. (1)

де – тиск комбікорму, Па; – висота елементарного об’єму комбікорму, м;

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

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

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

, (2)

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

Аналіз рівняння (3) показує, що зі збільшенням діаметра насадок випускної горловини бункера в межах D = 0,1…0,16 м продуктивність

зростає від Q_бун= 3,12 до Q_бун= 14,31 кг/с і має майже прямолінійний

характер. Встановлено, що використання діаметра випускної горловини бункера в межах D = 0,1…0,16 м забезпечить стабільний режим живлення робочого органу індивідуального роздавача-дозатора.

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

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

, (3)

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

об’єму комбікорму, м.

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

, (4)

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

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

, (5)

Сила внутрішнього тертя ковзання, яка напрямлена протилежно до вектора абсолютної швидкості, визначається за формулою , (6)

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

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

,

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

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

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

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

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

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

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

N_кл = 7,02 Вт.

Розроблено номограму для визначення режимів роботи індивідуального роздавача-дозатора комбікормів (рис. 1).

Рис.1. Номограма для визначення режимів роботи індивідуального

роздавача-дозатора комбікормів.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Одержані математичні моделі досліджувались за допомогою програмного па­ке­та Mathcad 2000.

Z, ??.

3

3

Геометричні поверхні відгуків (а) продуктивності Q_кл, (б) потужності процесу дозування N_кл (в) нерівномірності видачі комбікорму ν конусно-лопатевим дозувальним робочим органом для вивчення впливу факторів, висоти лопаток h_л та їх кількості Z при фіксованих значеннях

частоти обертання робочого органу n = 2,5 с^-1 та його діаметра D_кл = 0,2 м.

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

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

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

Які характеризують продуктивність, потужність процесу дозування та нерівномірність видачі комбі­корму конусно-лопатевим робочим органом від частоти його обертання та діаметра.

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

Результати експериментальних досліджень автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора у виробничих умовах показали, що на

точність дозування задана норма видачі комбікормів на даванку впливає несуттєво. За частоти обертання конусно-лопатевого робочого органу 2,5 с^-1 точність дозування змінюється в межах 1,64–1,52 %, що задовольняє зоотехнічні вимоги на технологічний процес дозування комбікормів.

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