CC BY
44
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
УДК 622.928; 631.363
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОРМОВ ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА КОРМОПРИГОТОВИТЕЛЬНЫХ МАШИН
С. Ю. Булатов, канд. техн. наук,
ГБОУ ВО Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, ул. Октябрьская, д. 22 а, г. Княгинино, Россия, 606340 E-mail: bulatov sergey urevich@mail.ru
Аннотация. В 2007-2016 гг. в лабораториях Вятской ГСХА и Нижегородского государственного инженерно-экономического университета проводились исследования кормопригото-вительного комплекса: изучались рабочие процессы отдельных элементов и кормоприготови-тельный агрегат в целом с целью совершенствования конструкции и технологического процесса. Применялись общепринятые методики, а также разработанные авторами. При изучении рабочего процесса кормоприготовительного агрегата получены аналитические зависимости, позволяющие определить влияние отдельных параметров элементов комплекса на его рабочие характеристики: производительность, энергоемкость, качество корма. Проведенные экспериментальные исследования позволили подтвердить правильность теоретических исследований и определить оптимальные параметры исследуемых узлов: 1) эжектора (диаметр входного отверстия диффузора D=100мм, угол диффузора у=30° и площадь входного кольцевого зазора F=56см2, обеспечивающие минимальные потери напора воздушного потока и увеличение пропускной способности дробилки ДКР-3 с 1960 кг/ч до 2270 кг/ч.); 2) дробилки зерна с ротором-вентилятором (частота вращения ротора-вентилятора 3000 мин"1; радиус закругления лопатки 45 мм; диаметр отверстий решета 3 мм); 3) сепаратора (площадь перфорации днища камеры крупных примесей 570 мм2, глубина камеры для крупных примесей 140 мм, радиус сепарирующей решетки 190 мм, длина отверстий сепарирующей поверхности 26 мм); 4) измельчителя корнеклубнеплодов (угол резания горизонтальных ножей у = 25°, количество горизонтальных ножей N = 2 и скорость резания Ур = 12 м/с); 5) смесителя-ферментатора кормов (при смешивании влажных кормов время смешивания 5.. .8 мин, удельные энергозатраты -1,06 (кВт-ч)/т, коэффициент неоднородности не превышает 15 %, производительность смесителя составляет 10 т/ч при частоте вращения смешивающего узла 55 мин-1; при смешивании сухих кормов время смешивания 4,5.7 мин., удельные энергозатраты - 1,36 (кВт-ч)/т, коэффициент неоднородности - менее 15 %, производительность - 12 т/ч при частоте вращения смешивающего узла 65 мин-1). Полученные аналитические зависимости применимы при создании новых конструктивно-технологических схем элементов комбикормовых агрегатов (дробилок зерна, эжекторов и пневмосепараторов, смесителей) и могут быть использованы в проект-но-конструкторских, научно-исследовательских и учебных заведениях.
Ключевые слова: животноводство, кормление, кормоприготовительные машины, научная ценность, практическая значимость, сельскохозяйственное производство, энергоемкость.
Введение. Главная задача, стоящая перед отечественными производителями сельхозпродукции, заключается в стабильном обеспечении продовольственной безопасности страны. В сельскохозяйственном производстве Нижегородской области более 60% удельного веса в общем объеме всей реализованной продукции приходится на отрасль жи-
вотноводства, а особое место уделяется малым формам хозяйствования. По данным Министерства сельского хозяйства и продовольственных ресурсов, в области функционирует более 546 тысяч личных подсобных хозяйств, 2,5 тысячи крестьянских (фермерских) хозяйств, работает 36 сельскохозяйственных потребительских кооперативов [3]. Этому секто-
ру оказывается государственная поддержка как на федеральном, так и областном уровнях. При этом, как отмечает министерство, повышение производительности труда невозможно без применения современных достижений науки и внедрения передовых технологий и высокоэффективных комплексов машин и оборудования с научно-обоснованными конструкционными и технологическими параметрами.
Повышение продуктивности животноводства связано с механизацией всех производственных процессов. Главное место при этом отводится процессам кормоприготовления и кормления животных. Доказано, что приготовление комбикормов в условиях хозяйства снижает себестоимость кормов, а также позволяет сбалансировать их по питательной ценности с учетом кормовой базы. А так как потенциал кормовой базы малых фермерских хозяйств относительно невысок [1], то некоторые сельхозпроизводители, стремясь снизить затраты на производство продукции, применяют корма с высоким содержанием легко усваиваемого белка, которые получают из малоценного широко распространенного материала за счет его синтеза, используя бактериальные концентраты и заквасочные культуры [7, 8, 13, 14].
Но на сегодняшний день отсутствуют универсальные комплексы машин (особенно малой и средней производительности), предназначенные для одновременного приготовления различных видов кормов. Поэтому создание универсального оборудования, предназначенного для приготовления как традиционных сухих сыпучих, влажных рассыпных, полнорационных, так и получения современных синтезированных кормов, является на сегодняшний день актуальной задачей.
а
Рис. 1. Эжектор: а -
Методика. Исследования кормопригото-вительного комплекса проводились с 2007 по 2016 гг. в лабораториях Вятской ГСХА и Нижегородского государственного инженерно-экономического университета с применением современного измерительного и аналитического оборудования. При этом использовались научные методы, разработанные основоположниками теорий и расчета сельскохозяйственных машин [11, 12], а также частные методики, разработанные сотрудниками учебных заведений [2, 6, 10]. Определение оптимальных режимов работы агрегата и параметров его отдельных элементов проводили методами активного эксперимента [5, 9].
Результаты. Одним из основных компонентов полнорационных кормов являются концкорма. В условиях малых и средних фермерских хозяйств рациональнее использовать кормоприготовительные машины небольших размеров и производительности. В процессе анализа рынка кормоприготовительных машин и научных разработок был рассмотрен ряд технических решений, заложенных в основу конструкционно-технологической схемы комбикормового агрегата [2].
Одним из главных элементов, влияющих на производительность агрегата в целом, является подающее устройство (эжектор). С целью повышения производительности кормо-приготовительной установки нами усовершенствован этот элемент (рис. 1), конструкция которого позволяет снизить общее сопротивление пневмосистемы движению воздушно-продуктового потока и тем самым достичь поставленной цели.
й вид; б - расчетная схема
В результате проведенного анализа работы загрузочного устройства обоснованы его параметры, влияющие на производительность установки:
<2з = 427р ■к-л-
I Ар I Ар
—1 ■ (2г + Н ■ бш^ соб^) ■ к ■ Н ■ —2 ■ г/
\ ^2
(1)
где Ар1 - потери давления, зависящие от конструкции эжекторов;
Лр2 - потери давления, зависящие от сопротивления зернового слоя;
коэффициент сопротивления, зависящий от конструкции эжекторов;
- коэффициент сопротивления зернового слоя;
р - плотность рабочего газа; к - коэффициент концентрации зерна; г - радиус внутреннего патрубка эжектора; Н - расстояние от кромки внутреннего патрубка до кромки диффузора; у - угол диффузора; Г1 - радиус диффузора.
Правильность выведенной зависимости (1) подтверждает полученная в результате обработки экспериментальных данных модель регрессии:
< = 1540 + 639,5ХХ -196,9x2 + 304,4х -265,1x2 +190,4x2. (2)
где XI - площадь кольцевого зазора, обусловленная размерами г и Н; х2 - угол диффузора; х3 - диаметр диффузора.
При проведении анализа опытных данных и зависимостей (1), (2) были получены оптимальные значения параметров эжектора: диаметр входного отверстия диффузора 100 мм, угол диффузора 30° и площадь кольцевого зазора 56 см2. При проведении производственных испытаний было выявлено, что в результате модернизации эжектора производительность выросла на 15%.
Разряжение воздуха, посредством которого зерновой материал подается эжектором в дробилку, создается вентилятором. С целью снижения энергопотребления и повышения ресурса с сохранением требуемого качества готового продукта была разработана дробилка зерна с ротором-вентилятором [6]. Объединение в одном узле двух элементов дробилки (ротора и вентилятора) позволило уменьшить ее габариты и металлоемкость (рис. 2).
Рис. 2. Дробилка с ротором-вентилятором: а - общий вид дробилки; б - схема ротора-вентилятора
Для создания наилучших условий прохождения измельченного продукта через решето, повышения ресурса лопаток ротора-вентилятора найдена их оптимальная форма. Усилие давления зерновки на лопатку, а также ее скоростные характеристики определяли по уравнению:
.. 1 ( , , N .
ср = — — gcos^cot + (р)--/ +СО~1\ СОЪф
Р\ т
(3)
ж
рде — = - ф1p+gsm(a>t + (p) + 2фpa>-a>1rA ъшср-со1 р. м т
Производственные испытания позволили математически описать рабочие характеристики разработанной дробилки:
б
а
™ = 1,94 + 0,79• х + 0,96• х +1,24• х2-1,22• х • х;
уд 5 5 4' 6 5 4' 45'
2= 3,058 + 0,463• х -0,311-х + 0,3• х4 • х -0,406• х52; а = 1,37 + 0,097 • х + 0,41 • х + 0,14• х • х + 0,41 • х2;
ср 5 5 5 5 6 * 4 6 5 6'
т = 0,198-0,149• х + 0,27• х -0,083• х • х + 0,094• х2 + 0,157• х62;
т = 0,51 + 0,40• х -0,27• х + 0,365• х2 + 0,221х52; т = 4,578-3,74• х + 7,84• х6 -4,13• х • х + 4,13х • х + 6,38• х62.
(4)
(5)
(6)
(7)
(8) (9)
где х4 - частота вращения ротора-вентилятора; х5 - радиус кривизны лопаток; х6- диаметр отверстий решета; wуд - удельные энергозатраты; А - степень измельчения; йср- средний размер измельченных частиц; т1 — количество целых зёрен; т2 — количество пылевидной фракции; т3 — остаток на сите с отверстиями диаметром 3 мм.
В результате анализа моделей (3)-(5) определены оптимальные конструктивно-технологические параметры разработанной дробилки: частота вращения ротора-вентилятора 3000 мин-1; радиус закругления лопатки 45 мм; диаметр отверстий решета 3 мм.
Качество концентрированных кормов зависит от состояния фуражного зерна, его засоренности. Как показала практика, при подаче зернового материала посредством разряжения в камеру дробилки наряду с зерном воздушным потоком увлекаются и примеси. Наличие посторонних включений в зернофураже отрицательно сказывается не только на
качестве готового корма, но и на ресурсе рабочих органов дробилки. Поэтому, основываясь на анализе конструкций машин для очистки зерна, был разработан пневмосепаратор (рис. 3), обусловливающий очистку зернового материала с выделением из него крупных, мелких и металломагнитных включений [2].
В результате анализа его рабочего процесса получена теоретическая зависимость для определения необходимой длины ячейки, через которую проходили бы мелкие примеси:
I = 2-
^2« •(а + к/2 + г)Л ах (,]2ау ■(<* + к/2 + г)
(10)
где ух - скорость частицы вдоль оси х; ах, ау - ускорение частицы вдоль осей х и у, соответственно; й - диаметр частицы; к - толщина сепарирующей решетки.
С помощью зависимости (10) можно определить количество частичек, проходящих через ячейки сепарирующей решетки.
б
-походный материал; -----очищенныи материал;
-крупные примеси; -.....мелкие примеси;
материал, очищенный от крупных примесей
Рис. 3. Пневмосепаратор: а - общий вид; б - конструктивно-технологическая схема; 1 - корпус; 2 - входной патрубок; 3, 4 - осадительные камеры для крупных и мелких примесей; 5 - сепарирующая решетка; 6 - глухая стенка; 7 - выходное окно; 8 - магнит; 9 - дно осадительных камер; 10 - регулирующая заслонка; 11 - крышка дробилки
2 Л
V
2
а
а
У
У
7
а
Анализ экспериментальных данных позволил получить модели регрессии, позволяющие оценить качество работы сепаратора при очистке фуражного зерна от мелких и крупных примесей:
у = 49,07 + 4,8х + 8,53х -5,6х72 -1,1х7х8 -5,2х82. (11) у2 = 83,75-4,375х9 + 5,0х10 + 9,375^. (12)
где х7 - радиус сепарирующей решетки; х8 - длина отверстия сепарирующей решетки; х9 - площадь перфорации днища осади-тельной камеры крупных примесей; х10 - средняя масса крупных минеральных примесей; х11 - глубина осадительной камеры для крупных примесей; у1 - среднее количество выделенных мелких примесей; у2 - среднее количество выделенных крупных примесей.
Используя методы анализа регрессионных моделей, определены оптимальные значения параметров, при которых наблюдается наибольшая эффективность работы пневмосе-паратора: площадь перфорации днища камеры крупных примесей 570 мм2, глубины камеры крупных примесей 140 мм, радиус сепарирующей решетки 190 мм, длина отверстий сепарирующей решетки 26 мм.
Необходимым компонентом полнорационных кормов являются корнеклубнеплоды, обладающие по сравнению с другими корма-
ми не только высокой урожайностью и высокой удельной объемной энергии, но и хорошей усваиваемостью и способностью повышать поедаемость животными всей смеси. Перед скармливанием животным корнеплоды предварительно подготавливают: очищают, измельчают, запаривают. Процесс измельчения является наиболее сложным и энергозатратным. А как показал анализ существующих измельчителей корнеплодов, они отличаются большой энергоемкостью, сложностью конструкции, относительно низкой производительностью, неспособностью разрезать корнеплоды на ломтики, несвоевременным выводом измельченного продукта, что приводит к переизмельчению плодов. В зависимости от обрабатываемых кормов, их назначения, технологии приготовления, вида сельскохозяйственных животных применяют разные способы измельчения [15]. На основании анализа конструкций измельчителей корнеклубнеплодов, научно-технической литературы, посвященной их измельчению, разработан измельчитель, режущий корнеплоды ломтиками с минимальными энергозатратами и соковыде-лением (рис. 4).
Рис. 4. Измельчитель корнеклубнеплодов: а - общий вид; б - конструкционно-технологическая схема; 1 - корпус; 2 - электродвигатель; 3 - ременная передача; 4 - кронштейн крепления опорных подшипников; 5 - крышка; 6 - загрузочный бункер; 7 - наклонная перегородка;
8 - загрузочное окно; 9 - горизонтальный нож; 10 - винт; 11 - вертикальный нож; 12 - режущий диск; 13 - отбойник; 14 - выгрузное окно; 15 -винт; 16 - прижимная шайба; 17 - посадочная шайба; 18 - выгрузная горловина; 19 - приводной вал; 20 - натяжное устройство
б
а
ной установки рассчитывались на основании выражения:
Конструктивные параметры предложен- лезвию; Я - расстояние от оси вращения до
оси X; А вер - коэффициент трения верчения о поверхность диска.
На основании выражения (13) определяла т+^\+2та>—х-со2ш\ =-пщ^^-п^+тю2—, (13) лись приблизительные значения основных
конструкционных и технологических характеристик измельчителя, а методами планирования эксперимента проводилось их уточнение на основании полученных регрессионных моделей:
где т - масса клубня; - момент инерции клубня относительно вертикальной оси; г - радиус лезвия; ю - угловая скорость ножа; g - ускорение свободного падения; А - коэффициент сопротивления качения клубня по
О = -2211,9 + 1625,6• N + 165,7• V -196,5-N2 -61,2• N-V ;
Э = 1358 - 619,1-N - 74,7V - 6,7 -у + 43,6 • N2 + 26,9 • N-Ур + 3,3-N-у;
0 = 217,8 - 39,8 • N - 25-К - 2,4 -у + 9,95 • N 2+ 0,9 -V -у-0,08 -у2.
(14)
(15)
(16)
где Q - производительность измельчителя; Э - удельные энергозатраты измельчения; 0 - степень измельчения корнеплодов; N - количество горизонтальных ножей; Ур - скорость резания; у - угол резания горизонтальных ножей.
В результате исследования рабочего процесса измельчителя корнеклубнеплодов получены оптимальные значения его параметров: угол резания горизонтальных ножей у = 25°, количество горизонтальных ножей N = 2 и скорость резания Ур = 12 м/с.
Завершающей стадией приготовления кормов является смешивание всех компонентов [4]. При этом важно их равномерное распределение по всему объему смеси с целью обеспечения одинаковой питательности. Однако выдержать необходимые требования при создании полнорационных кормов довольно сложно. В последнее время происходят изменение в кормовой базе хозяйств, из-за чего некоторые из них (например, «Покровская слобода» Нижегородской области) наряду с тра-
диционными кормами используют ферментированные. Анализ существующих конструкций смесителей и научной литературы показал, что часть смесителей имеют высокие энергозатраты на единицу готового продукта, часть готовят смеси низкого качества и продолжительное время. Все предлагаемые смесители узко специализированы и предназначены для смешивания материалов с конкретными физико-механическими свойствами. Ни один из рассмотренных смесителей не ориентирован на получение ферментированного корма. Поэтому разработка современного смесителя, способного приготовить и сыпучие, и влажные, и ферментированные корма, является на сегодняшний день актуальной задачей. Опираясь на результаты анализа патентной литературы, конструкций смесителей отечественного и зарубежного производства, результатов научных исследований был разработан смеситель-ферментатор с комбинированным смешивающим узлом (рис. 5-6).
Рис. 5. Схема смесителя кормов: 1 - бункер; 2 - рама; 3 - загрузочное окно; 4 - выгрузной патрубок; 5 - выгрузной шнек; 6 - заслонка, 7 - смешивающий орган; 8 - электродвигатель; 9 - редуктор; 10 - пульт управления; 11, 12 - нагревательный элемент; 13 - слой теплоизоляции; 14 - датчик температуры; 15 - патрубок подачи горячей воды; 16 - электромагнитный
клапан 17 - датчик влажности корма
Рис. 6. Общий вид смесителя кормов
Эффективность его работы можно рассчитать по полученным экспериментальным путем
моделям регрессии:
у3 = 3,2 + 4,56.^3 + 1,16- 6х2 + 16,56x2 + 3,38хзХ4 --2,2x2X3 -7,14x2 + 1,15x2.4 + 13,09.2,
у4 = 0,37 +0,02x3 + 0,09^ + 0,12^ - 0,01x2 -
-0,0003x3x4 + + 0,01x2x3 -0,06x2 + 0,04x2x4 + 0,01x2,
(17)
(18)
где у3 и у4 - соответственно, неоднородность качества смеси и удельные энергозатраты; х12 - время смешивания; х13 - длина лопаток смешивающего узла; х14 - частота вращения смешивающего узла.
Эксперименты по смешиванию различных видов кормов на лабораторном образце смесителя позволили определить его оптимальные параметры: угол геликоида шнеков 50 °, высота витков внешнего шнека 50 мм, высота витков внутреннего шнека 75 мм, шаг витков внешнего шнека 105 мм, шаг витков внутреннего шнека 135 мм, длина лопаток 32 мм. В случае с перемешиванием сыпучих кормов требуемая частота вращения смешивающего узла должна составлять 45 мин-1, время смешивания \ = 70...100 с, влажных -п = 30 мин-1 и \ = 110 с. Выявлено, что минимальные средние удельные энергозатраты на нагрев питательной среды при приготовлении ферментированных кормов наблюдаются в случае 100 % заполнения емкости с углом обхвата тепловой лентой 90 или 180
Обсуждение. Используя полученные зависимости, методами теории подобия можно рассчитать отдельные машины предлагаемого комбикормового агрегата. Так, например, смеситель емкостью 3 м3 будет иметь следующие характеристики: длина смесителя 2 м; внешний диаметр лопаток смешивающего узла 1480 мм; диаметр внешнего шнека 962 мм; диаметр внутреннего шнеков 555 мм; высота лопаток 111 мм; высота витков спиралей внешнего шнека 285 мм; высота витков спиралей внутреннего шнека 278 мм; длина лопаток 119 мм; угол конуса косого геликоида спиралей шнека 50°; шаг витков соответственно внешнего и внутреннего шнеков 389 мм и 500 мм; частота вращения смешивающего органа при смешивании влажных кормов 63 мин-1, сухих сыпучих - 55 мин-1; мощность двигателя 8,7 кВт. Параметры лабораторного образца смесителя и расчетного смесителя емкостью 3 м , а также критериальные уравнения представлены в табл.
Таблица
Параметры лабораторного образца смесителя и смесителя емкостью 3 м3
Параметры лабораторного образца смесителя Критериальное уравнение Параметры смесителя емкостью 3 м3
А 400 А А1 1480
А 260 чг А2 962
А 150 чг А3 555
Ь 500 Ь чг Ь 1850
Й1 30 Ъ_ чг Ь\ 111
Й2 50 Ьг. чг Ь'2 185
Ьз 75 Ъз чг Ь'3 278
1 32 1 чг 1' 119
105 Ё2. чг 8 '2 389
135 уг £'3 500
п 45/30 пг п' 63/55
р 1 дв 1,1 Рдв р' 1 дв 8,7
в 50 в' 50
Научная и практическая значимость результатов исследований заключается в том, что:
- полученные аналитические зависимости применимы при создании новых конструктивно-технологических схем элементов комбикормовых агрегатов (дробилок зерна, эжекторов и пневмосепараторов, смесителей) и могут быть использованы в проектно-конструктор-ских, научно-исследовательских и учебных заведениях;
- результаты исследований переданы в ЗАО «Доза-Агро», ООО «ВМТЕХ», внедрены в хозяйствах Кировской и Нижегородской областей, используются в учебном процессе на инженерных факультетах Нижегородского государственного инженерно-экономического университета и Вятской государственной сельскохозяйственной академии при подготовке специалистов высшего и среднего звена;
- новизна технических решений подтверждена 10 патентами РФ на изобретения и полезные модели.
Выводы. Таким образом, при решении поставленной научной проблемы, был разработан комплекс кормоприготовительных машин, проведены расчет и оптимизация их конструкционных и технологических параметров:
1. Определены оптимальные параметры разработанного эжектора: диаметр входного отверстия диффузора Б=100мм, угол диффу-
зора у=30° и площадь входного кольцевого зазора Б=56см , обеспечивающие минимальные потери напора воздушного потока и увеличение пропускной способности дробилки ДКР-3 с 1960 кг/ч до 2270 кг/ч.
2. Теоретическими исследованиями обоснована возможность прогнозирования напорных характеристик дробилки, с учетом сопротивления межлопаточных каналов. Определены оптимальные конструктивно-технологические параметры предложенной дробилки зерна с ротором-вентилятором: частота вращения ротора-вентилятора 3000 мин-1; радиус закругления лопатки 45 мм; диаметр отверстий решета 3 мм.
3. Предложена аналитическая зависимость для определения длины отверстий сепарирующей поверхности пневмосепаратора в зависимости от размера частиц при известных радиусе и толщине сепарирующей решетки, определены оптимальные значения конструктивно-технологических параметров сепаратора: площадь перфорации днища камеры крупных примесей 570 мм2, глубина камеры для крупных примесей 140 мм, радиус сепарирующей решетки 190мм, длина отверстий сепарирующей поверхности 26мм.
4. Теоретическими исследованиями получены аналитические выражения для определения: предельной величины угла наклона стенки бункера измельчителя корнеклубнеплодов,
исходя из условий минимального соковыделе-ния, и усилия резания. Экспериментальными исследованиями получены математические модели рабочего процесса для оценки эффективности рабочего процесса измельчителя корнеклубнеплодов, по которым определены его оптимальные конструктивно-технологические параметры: угол резания горизонтальных ножей у = 25°, количество горизонтальных ножей N = 2 и скорость резания Ур = 12 м/с;
5. В результате производственных испытаний предложенного смесителя-ферментатора кормов определены его оптимальные
параметры и режимы работы: при смешивании влажных кормов время смешивания 5.8 мин, удельные энергозатраты — 1,06 (кВт-ч)/т, коэффициент неоднородности не превышает 15 %, производительность смесителя составляет 10 т/ч при частоте вращения смешивающего узла 55 мин-1; при смешивании сухих кормов время смешивания 4,5.7 мин., удельные энергозатраты -1,36 (кВт-ч)/т, коэффициент неоднородности -менее 15 %, производительность - 12 т/ч при частоте вращения смешивающего узла 65 мин-1.
Литература
1. Бец А. К. Механизация приготовления кормов на малых фермах // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2003. № 1 (9). С. 46-48.
2. Булатов С. Ю. Повышение эффективности рабочего процесса малогабаритного комбикормового агрегата путём совершенствования системы загрузки и очистки фуражного зерна : дис. ... канд. техн. наук. Киров, 2011. 170 с.
3. Министерство сельского хозяйства Нижегородской области [Электронный ресурс]. URL: http://www.mcx-nnov.ru/mal_form_hoz (дата обращения: 12.11.2016).
4. Совершенствование устройства смешивания сыпучих компонентов с жидкостью / В. Г. Мохнаткин [и др.]. // Пермский аграрный вестник. 2013. № 1. С. 22-28.
5. Наследов А. Д. Профессиональный статистический анализ данных. СПб. : Питер, 2008. 416 с.
6. Нечаев В. Н. Повышение эффективности рабочего процесса ротора-вентилятора молотковой дробилки зерна закрытого типа : дис. ... канд. техн. наук. Киров, 2013. 169 с.
7. К вопросу о способах утилизации пивной дробины / С. М. Петров [и др.]. // Пиво и напитки. 2014. № 6. С. 32-37.
8. Ромалийский В. С. Приготовление углеводно-белковых кормов посредством биоферментации вторичных растительных отходов АПК // Инновации в сельском хозяйстве. 2016. № 4 (19). С. 208-217.
9. Семин В. А., Семина С. М. Основы получения и обработки экспериментальных данных : учебно-методическое пособие. Тула : Изд-во ТулГУ, 2013. 68 с.
10. Солонщиков П. Н. Совершенствование конструкции и оптимизация параметров установки для приготовления жидких кормовых смесей на базе лопастного насоса : дис. ... канд. техн. наук. Киров, 2013. 217 с.
11. Сыроватка В. И. Научные достижения по механизации приготовления кормов // Вестник ВИЭСХ. 2005. № 1. С. 182-191.
12. Сысуев В. А., Алешкин А. В., Савиных П. А. Кормоприготовительные машины. Теория, разработка, эксперимент. В 2-х т. Киров : Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2008. Т. 1. 640 с.
13. Ресурсосберегающие технологии приготовления и раздачи кормов на животноводческих фермах малых форм хозяйствования / В. Ю. Фролов [и др.]. // Техника и оборудование для села. 2013. № 3 (189). С. 15-19.
14. Фролов В. Ю., Сысоев Д. П., Сергунцов А. С. К анализу технологических и технических средств процесса приготовления высококачественных кормов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2014. № 101. С. 2108-2120.
15. Шуханов С. Н., Коваливнич В. Д., Доржиев А. С. Обзор современных конструкций измельчителей корнеклубнеплодов как основа для создания более совершенных машин // Аграрная наука. 2016. № 1. С. 31-32.
INCREASE OF EFFICIENCY OF PREPARATION OF FEED BY IMPROVING THE DESIGN AND PROCESS OF FEEDING MACHINES
S. Iu. Bulatov, Cand. Tech. Sci., Associate Professor Nizhniy Novgorod State Engineering-Economic University 22 a, Oktiabrskaia St., Kniaginino 606340 Russia E-mail: bulatov sergey urevich@mail.ru
ABSTRACT
The investigations of feed preparing complex were conducted in the laboratories of the Viatskaia State Agricultural Academy and Nizhniy Novgorod State Engineering-Economic University in 2007-2016: operations of particular units and feed preparing machine in general were studied with the aim to improve design and technological process. Both common and developed by the authors methods were used for the study. In the study of operation of the feed preparing machine, some analytical dependences were obtained that enable determining the influence of certain parameters on its working
characteristics: performance, energy consumption, feed quality. Conducted experimental investigations enabled stating theoretical studies and determining parameters of studied nodes of: 1) ejector (diffuser entry-hole diameter D=100 mm, diffuser angle y=30° and the area of entry circular annulus F=56 cm2, providing minimal losses of airflow pressure and increase of throughput capacity of the smasher DKR-3 from 1960 kg/h up to 2270 kg/h); 2) grain smasher with rotor-fan (rotation rate 3000 min-1; blade rounded radius 45 mm; diameter of screen holes 3 mm); 3) separator (perforation area of coarse case bottom 570 mm2, depth of coarse case 140 mm, separating screen radius 190 mm, length of holes of separating surface 26 mm); 4) root chopper (cutting angle of horizontal knives у = 25°, number of horizontal knives N = 2 and cutting speed Vp = 12 м/с); 5) feed mixer-fermenter (mixing time for moist feed 5...8 min, specific energy consumption - 1.06 (KW^h)/t, heterogeneity coefficient does not exceed 15 %, performance of mixer constitutes 10 t/h at rotation rate of mixing node 55 min-mixing time for dry feed 4.5.7 min, specific energy consumption - 1.36 (KW-h)/t, heterogeneity coefficient - less than15 %, performance - 12 t/h at rotation rate of the mixing node 65 min-1). Obtained analytical dependences can be applied for creation of new constructive and technological schemes of compound feed machines elements (grain mashers, ejectors, pneumoseparators, and mixers) and can be used at design, research, and educational organizations.
Key words: animal husbandry, feeding, feed preparing machines, scientific value, practical significance, agricultural production, energy consumption.
References
1. Bets A. K. Mekhanizatsiya prigotovleniya kormov na malykh fermakh (The mechanization of feed preparation on small farms), Vestnik Altaiskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2003, No. 1 (9), pp. 46-48.
2. Bulatov S. Yu. Povyshenie effektivnosti rabochego protsessa malogabaritnogo kombikormovogo agregata putem sovershenstvovaniya sistemy zagruzki i ochistki furazh-nogo zerna (Increase of workflow efficiency of small feed mill unit by improving the system load and cleaning of fodder grain), dis. ... kand. tekhn. nauk: 05.20.01. Kirov, 2011, 170 p.
3. Ministerstvo sel'skogo khozyaistva Nizhegorodskoi oblasti (The Ministry of agriculture of the Nizhny Novgorod region) [Elektronnyi resurs], URL: http://www.mcx-nnov.ru/mal_form_hoz (data obrashcheniya: 12.11.2016).
4. Mokhnatkin V. G., Shulyat'ev V. N., Filinkov A. S., Solonshchikov P. N., Oblasov A. N., Yudnikov N. N. Sovershenstvovanie ustroistva smeshivaniya sypuchikh komponentov s zhidkost'yu (Improving device mixing bulk components with liquid), Permskii agrarnyi vestnik, 2013, No. 1, pp. 22-28.
5. Nasledov A. D. Professional'nyi statisticheskii analiz dannykh (Professional statistical analysis of data), Saint-Petersburg, Piter, 2008, 416 p.
6. Nechaev V. N. Povyshenie effektivnosti rabochego protsessa rotora-ventilyatora molotkovoi drobilki zerna zakryto-go tipa (Improving the efficiency of the working process of the rotor-fan hammer mill grain of closed type), dis. ... kand. tekhn. nauk: 05.20.01, Kirov, 2013, 169 p.
7. Petrov S. M., Filatov S. L., Pivnova E. P., Shibanov V. M. K voprosu o sposobakh utilizatsii pivnoi drobiny (To the question about recycling spent grains), Pivo i napitki, 2014, No. 6, pp. 32-37.
8. Romaliiskii V. S. Prigotovlenie uglevodno-belkovykh kormov posredstvom biofermentatsii vtorichnykh rastitel'nykh otkhodov APK (Preparation of carbohydrate-protein feed by bio fermentation, secondary plant agricultural waste), Innovatsii v sel'skom khozyai-stve. 2016, No. 4 (19), pp. 208-217.
9. Semin V. A., Semina S. M. Osnovy polucheniya i obrabotki eksperimental'nykh dannykh (The basics of obtaining and processing experimental data), uchebno-metodicheskoe posobie, Tula, Izd-vo TulGU, 2013, 68 p.
10. Solonshchikov P. N. Sovershenstvovanie konstruktsii i optimizatsiya parametrov ustanovki dlya prigotovleniya zhidkikh kormovykh smesei na baze lopastnogo nasosa (Improving the design and optimization of the installation parameters for the preparation of liquid feed mixtures on the basis of vane pump), dis. ... kand. tekhn. nauk: 05.20.01, Kirov, 2013, 217 p.
11. Syrovatka V. I. Nauchnye dostizheniya po mekhanizatsii prigotovleniya kormov (Scientific advances in the mechanization of feed preparation), Vestnik VIESKh, 2005, No. 1, pp. 182-191.
12. Sysuev V. A., Aleshkin A. V., Savinykh P. A. Kormoprigotovitel'nye mashiny. Teoriya, razrabotka, eksperi-ment (Feed preparing machines. Theory, design, experiment), v 2-kh tomakh, Kirov, Zonal'nyi NIISKh Severo-Vostoka, 2008, T. 1, 640 p.
13. Frolov V. Yu., Sysoev D. P., Sarbatova N. Yu., Marchenko A. Yu. Resursosberegayushchie tekhnologii prigotovleniya i razdachi kormov na zhivotno-vodcheskikh fermakh malykh form khozyaistvovaniya (The analysis of the technological and technical means of the process of preparation of high-quality feed), Tekhnika i oborudovanie dlya sela, 2013, No. 3 (189), pp. 15-19.
14. Frolov V. Yu., Sysoev D. P., Serguntsov A. S. K analizu tekhnologicheskikh i tekh-nicheskikh sredstv protsessa prigotovleniya vysokokachestvennykh kormov (Resource-saving technologies of preparation and distribution of forages on small livestock farms), Politematiche-skii setevoi elektronnyi nauchnyi zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2014, No. 101, pp. 2108-2120.
15. Shukhanov S. N., Kovalivnich V. D., Dorzhiev A. S. Obzor sovremennykh kon-struktsii izmel'chitelei korneklub-neplodov kak osnova dlya sozdaniya bolee sovershennykh mashin (Overview of modern design of crushers, root crops as a basis for creating more advanced machines), Agrarnaya nauka, 2016, No. 1, pp. 31-32.
