CC BY
8
УДК 631.303:631.363
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
МОБИЛЬНЫХ КОРМОЦЕХОВ
С.М. Михайличенко, аспирант
Брянский государственный аграрный университет
E-mail: [email protected]
Аннотация. Проанализировано влияние производственных условий и параметров мобильного кормоцеха на его эксплуатационные показатели при обслуживании ферм КРС. Исследование проведено на основе компьютерного моделирования. В основе математической модели использована теория графов с учетом вероятностного характера составляющих баланса времени приготовления и раздачи кормосмеси. Установлено, что рост производительности мобильного кормоцеха при увеличении обслуживаемого поголовья с 200 до 1000 голов составил 13 и 16% (при грузоподъемности мобильного кормоцеха, соответственно, 3000 и 10000 кг). При этом среднее время обслуживания 200 животных уменьшается на 11,0-14,5%. Наиболее интенсивный рост производительности в 8-9% зафиксирован при увеличении поголовья обслуживаемых животных от 200 до 400 голов, что приводит к уменьшению среднего времени кормления 200 животных на 7-9%. При дальнейшем увеличении поголовья рост производительности мобильного кормоцеха снижается. Увеличение скорости раздачи вдвое (от 0,8 до 1,6 км/ч) уменьшает время кормления на 8,5-10,5% (для грузоподъемности мобильного кормоцеха 3000 и 5000 кг, соответственно). Дальнейшее увеличение скорости (от 1,6 до 3,6 км/ч) дает дополнительный выигрыш во времени 4,5-6,0%. При увеличении суммарного расстояния переездов на 200 м время кормления изменяется в среднем на 3,4-4,8%. При изменении разовой выдачи кормосмеси на голову на 10 кг (на 1/3 при выбранных параметрах) время кормления меняется на 23-24,5%. В случае перехода с двукратного кормления на однократное время кормления уменьшается на 21-24%.
Ключевые слова: теория графов, уравнения Колмогорова, мобильный кормоцех, время кормления, раздача кормосмеси.
Введение. Известно, что технологический процесс приготовления и раздачи кормов на молочно-товарной ферме КРС занимает второе место по трудоемкости после процесса доения и требует высокого уровня механизации. В настоящее время наибольшее распространение получила технология с применением мобильных средств механизации приготовления и раздачи кормов (мобильных кормоцехов). Одно из важнейших зоотехнических требований, предъявляемых к данной технике - соблюдение установленного режима кормления животных, поскольку даже незначительные нарушения приводят к снижению их продуктивности [1].
На сегодняшний день на рынке существует большое многообразие мобильных кормоцехов [2]. Возможность сократить экономические потери, связанные с нарушением технологических процессов приготовления и раздачи кормов, а также возможность снизить затраты на ГСМ, заработную плату,
приобретение техники и ее дальнейшее обслуживание при производстве продукции животноводства напрямую зависит от выбора подходящих технических устройств и их эффективного использования. При приобретении сельскохозяйственным предприятием мобильного кормоцеха возникает необходимость прогнозирования времени кормления всего поголовья обслуживаемых животных [3,4]. Общий подход к решению данной задачи с учетом вероятностного характера составляющих баланса времени приготовления и раздачи кормосмеси мобильным кормоцехом рассмотрен ранее [5-8]. При этом возникает вопрос оценки влияния отдельных параметров на вероятностное время приготовления и раздачи кормосмеси.
Целью работы является изучение влияния производственных условий и параметров мобильного кормоцеха на его эксплуатационные показатели при обслуживании ферм КРС. Объектом исследования является тех-
нологическии процесс приготовления и раздачи кормов мобильным кормоцехом на ферме КРС. Метод исследования основан на теории графов, теории вероятностей и математическом моделировании.
Экспериментальная база, ход и результаты исследования. При моделировании технологического процесса приготовления и раздачи кормов мобильным кормоцехом на ферме КРС за основу были выбраны следующие параметры [7]: количество компонентов в кормосмеси х - 5; время ежесменного технического обслуживания ТЕТО - 0,27 ч; скорость порожнего и груженого кормоцеха Уп и ¥г - 6,3 и 5 км/ч, соответственно; расстояние от места стоянки до хранилища корма, загружаемого первым, Ь1 - 300 м; соответствующие расстояния переезда раздатчика между хранилищами кормов Ь2-Ь5 - 200 м; расстояние от последнего хранилища кормов до животноводческого помещения Ьп - 200 м; протяженность переездов Ьсум - 1300 м; соответствующие производительности погрузочных средств: Ql - 7,5; Q2 - 16,8; Q3 -10; Q4 - 15; Q5 - 5 т/ч; массовые доли компонентов в рационе: т1 - 0,05; т2 - 0,2; т3 -0,342; т4 - 0,29; т5 - 0,118; наработка мобильного кормоцеха на технологическое нарушение ТТН - 10 ч; время устранения технологического нарушения ТУТН - 0,2 ч; наработка мобильного кормоцеха на технический отказ ТТО - 100 ч; время устранения технического отказа ТуТО - 1 ч; скорость мобильного кормоцеха при раздаче кормосмеси Ур - 0,8 км/ч; грузоподъемность мобильного кормоцеха Ок - 3000, 5000, 7000, 10000 кг; длина одного кормоместа 1к - 1,1 м; время разворота мобильного кормоцеха для переезда на другую линию раздачи ¿разв. - 0,03 ч; разовая выдача кормосмеси на голову тр -30 кг; суточная норма выдачи кормосмеси на голову тс - 30 кг; коэффициент, учитывающий потери циклового времени к - 1,15; поголовье обслуживаемых животных Ык - 200, 400, 600, 800, 1000 голов.
Предварительный анализ математической модели показывает, что такие параметры, как скорость порожнего кормоцеха, длина одного кормового места, наработка на отказ
и на технологическое нарушение и время их устранения изменяют вероятностное время кормления в незначительных пределах. Параметры изменялись в следующих пределах: наработка на отказ и на технологическое нарушение - соответственно 10-250 ч и 2-10 ч, время их устранения - соответственно 124 ч и 0,2-1 ч. Наиболее существенное влияние оказывают такие параметры, как грузоподъемность мобильного кормоцеха, поголовье обслуживаемых животных, разовая норма выдачи кормосмеси на одну голову, протяженность переездов между животноводческими помещениями, производительность погрузочных средств, скорость груженого мобильного кормоцеха и скорость при раздаче кормосмеси.
1. Для определения зависимости производительности Ыч мобильного кормоцеха и времени кормления Тсм от поголовья обслуживаемых животных Ык и грузоподъемности мобильного кормоцеха Ок расчеты проводились при основных параметрах. Полученные значения сравнивались с производительностью мобильного кормоцеха соответствующей грузоподъемности при Ык = 200 голов. Результаты отображены в таблице 1 и на рисунках 1 и 2.
Анализ результатов показывает, что рост производительности мобильного кормоцеха для ферм, рассчитанных на 1000 голов, по отношению к фермам, рассчитанным на 200 голов, составил 13-16% (для Ок - 3000 кг и 10000 кг соответственно). При этом среднее время на обслуживание 200 животных уменьшается на 11-14,5%. Наиболее интенсивный рост производительности 8-9% зафиксирован при увеличении поголовья обслуживаемых животных от 200 до 400 голов, что приводит к уменьшению среднего времени кормления 200 животных на 7-9%. При дальнейшем увеличении поголовья рост производительности мобильного кормоцеха снижается.
2. Для определения зависимости времени кормления от протяженности переездов расчеты проводились при следующих значениях: Ьсум - 700, 900, 1100, 1300, 1500 м; Ык -200, 400, 600 голов; Ок - 3000, 5000 кг. Результаты расчетов приведены в таблице 2.
Таблица 1. Зависимость производительности мобильного кормоцеха от обслуживаемого поголовья
Gk, кг Nk, голов 200 400 600 800 1000
3000 Тсм, ч 1,97 3,66 5,36 7,06 8,75
Nh, % 100,00% 107,92% 109,90% 111,88% 112,87%
Nh, гол/ч 101 109 111 113 114
5000 Тсм, ч 1,69 3,10 4,52 5,94 7,35
Nh, % 100,00% 109,32% 111,86% 113,56% 115,25%
Nh, гол/ч 118 129 132 134 136
7000 Тсм, ч 1,57 2,87 4,17 5,47 6,76
Nh, % 100,00% 109,45% 112,60% 114,96% 115,75%
Nh, гол/ч 127 139 143 146 147
10000 Тсм, ч 1,48 2,69 3,91 5,12 6,33
Nh, % 100,00% 109,63% 113,33% 115,56% 116,30%
Nh, гол/ч 135 148 153 156 157
400 600 800
Поголовье обслуживаемых животных, голов
-3000 —П—5000 —Д—7000 —^10000 Грузоподъемность мобильного кормоцеха, кг
Рис. 1. Зависимость производительности мобильного кормоцеха от обслуживаемого поголовья
3. Для определения зависимости времени кормления от разовой выдачи кормосмеси на голову расчеты проводились при следующих значениях: тр -10, 20, 30, 40 кг; Nk - 200, 400, 600 голов; Gk - 3000, 5000 кг.
Результаты расчетов приведены в таблице 3. На рисунке 4 представлена зависимость времени кормления 400 животных от разовой выдачи кормо-смеси на голову.
Анализ результатов показывает, что изменение разовой выдачи кормосмеси на голову на 10 кг (на 1/3 при выбранных параметрах) влияет на время кормления в пределах 23-24,5% (для грузоподъемности 5000 кг и 3000 кг соответственно).
На рисунке 3 представлена зависимость времени кормления 400 животных от протяженности переездов.
Анализ результатов показывает, что изменение протяженности переездов на 200 м влияет на время кормления в пределах 3,4-4,8% (для Ок - 5000 кг и 3000 кг соответственно).
Таблица 2. Зависимость времени
Lсум, м 700 900 1100 1300* 1500
GK = 3000 NK = 200 1,70 1,79 1,88 1,97 2,06
NK = 400 3,13 3,31 3,49 3,66 3,84
NK = 600 4,56 4,82 5,09 5,36 5,63
GK = 5000 NK = 200 1,53 1,58 1,63 1,69 1,74
NK = 400 2,78 2,89 3,00 3,10 3,21
NK = 600 4,04 4,20 4,36 4,52 4,68
)0 400 600 800 1000
Поголовье обслуживаемых животных, голов —9—3000 —О—5000 —А-7000 —^—10000 Грузоподъемность мобильного кормоцеха, кг
Рис. 2. Зависимость среднего времени кормления 200 животных от обслуживаемого поголовья
Базовое значение.
Рис. 3. Зависимость времени кормления 400 животных от протяженности переездов
Таблица 3. Зависимость времени кормления
тр, кг 10 20 30* 40
Ок = 3000 Ык = 200 1,05 1,51 1,97 2,42
Ык = 400 1,84 2,75 3,66 4,58
Ык = 600 2,62 3,99 5,36 6,73
Ок = 5000 Ык = 200 0,96 1,32 1,69 2,05
Ык = 400 1,66 2,38 3,1 3,83
Ык = 600 2,35 3,43 4,52 5,61
ю
20 30
Разовая выдача кормосмеси на голову, кг
-»-3000 —О—5000 Грузоподъемность мобильного кормоцеха, кг
Рис. 4. Зависимость времени кормления 400 животных от разовой выдачи кормосмеси на голову
При переходе от двукратного кормления животных к однократному общее время кормления всего поголовья меняется следующим образом:
при тр = 20 кг (при суточной норме выдачи кормосмеси на голову тс = 20 кг) Тсм уменьшается в среднем на 26-29 % (для Ок - 3000 кг и 5000 кг соответственно);
при тр = 30 кг (тс = 30 кг) Тсм уменьшается на 21-24%;
при тр = 40 кг (тс = 40 кг) Тсм уменьшается на 17-20%.
4. Для определения зависимости времени кормления от производительности погрузочных средств расчеты проводились для следующих значений: Ык -200, 400, 600 голов; Ок - 3000, 5000, 7000 кг; производительность каждого из погрузочных средств Q1-Q5 увеличивалась на 0-100% (с шагом в 25%).
Результаты расчетов приведены в таблице 4. На рисунке 5 представлена зависимость времени кормления 400 животных от производительности погрузочных средств.
Анализ результатов показывает, что увеличение производительности каждого из погрузочных средств на 25, 50, 75 и 100% сокращает суммарное время загрузки кормов на 20, 33, 43 и 50% соответственно. Эти изменения позволяют сократить время кормления, в среднем, на 8,5, 14, 18 и 21% соответственно (с отклонением в сторону уменьшения данных значений для Ок - 3000 кг и в сторону увеличения - для Ок - 7000 кг).
40
Таблица 4. Зависимость времени кормления
Ql-Q5, % +0%* +25% +50% +75% +100%
Ок = 3000 Ык = 200 1,97 1,83 1,74 1,68 1,63
Ык = 400 3,66 3,4 3,22 3,09 3
Ык = 600 5,36 4,96 4,69 4,5 4,36
Ок = 5000 Ык = 200 1,69 1,55 1,46 1,4 1,35
Ык = 400 3,1 2,84 2,66 2,53 2,43
Ык = 600 4,52 4,12 3,85 3,66 3,52
Ок = 7000 Ык = 200 1,57 1,43 1,34 1,28 1,23
Ык = 400 2,87 2,6 2,42 2,29 2,19
Ык = 600 4,17 3,76 3,49 3,3 3,16
качество выполнения технологического процесса.
6. Для определения зависимости времени кормления от скорости загруженного мобильного кормоцеха Уг расчеты проводились при следующих значениях: NR - 200, 400 голов; Gк -3000, 5000 кг; Ур = 5-8 км/ч (с шагом в 1 км/ч). Результаты представлены в таблице 6.
Анализ результатов показывает, что при увеличении скорости загруженного мобильного кормоцеха с 5 до 8 км/ч время кормления уменьшается на Грузоподъемность г-.'обпльногокор-.-оцеха. кг 7-9,5% (для Gк - 5000 кг и 3000 кг соответ-
Рис. 5. Зависимость времени кормления ственно).
400 животных от производительности
погрузочных средств 4
5. Для изучения зависимости времени кормления от скорости движения мобильного кормоцеха при раздаче корма животным Ур расчеты проводились при следующих значениях: N - 200, 400 голов; GK - 3000, 5000 кг; Ур = 0,8-3,6 км/ч (с шагом в 0,4 км/ч). Результаты моделирования отражены в табл. 5.
На рисунке 6 представлена зависимость времени кормления 400 животных от скорости раздачи.
Таблица 5. Зависимость времени кормления от скорости движения мобильного кормоцеха Рис 6 Зависимость времени гормлгага
при раздаче корма Животным 400 животных от скорости движения мобильного
кормоцеха при раздаче корма
Таблица 6. Зависимость времени кормления
Ур, км/ч 0,8* 1,2 1,6 2 2,4 2,8 3,2 3,6
GK = 3000 NK = 200 1,97 1,86 1,8 1,77 1,75 1,73 1,72 1,71
NK = 400 3,66 3,45 3,34 3,27 3,23 3,2 3,17 3,16
GK = 5000 NK = 200 1,69 1,58 1,52 1,49 1,47 1,45 1,44 1,43
NK = 400 3,1 2,88 2,77 2,71 2,66 2,63 2,61 2,59
Анализ результатов показывает, что при увеличении скорости раздачи вдвое (от 0,8 до 1,6 км/ч) время кормления уменьшается на 8,5-10,5% (для Ок - 3000 кг и 5000 кг соответственно). Дальнейшее увеличение скорости (от 1,6 до 3,6 км/ч) дает дополнительный выигрыш во времени в 4,5-6%.
При выборе оптимальной скорости раздачи кормосмеси следует учитывать производительность выгрузного транспортера и
Уг, км/ч 5* 6 7 8
GK = 3000 NK = 200 1,97 1,89 1,83 1,79
NK = 400 3,66 3,51 3,4 3,32
GK = 5000 NK = 200 1,69 1,64 1,61 1,58
NK = 400 3,1 3,01 2,94 2,89
Выводы.
Увеличение поголовья обслуживаемых животных от 200 до 1000 повышает производительность мобильного кормоцеха на 13 -16%. Изменение протяженности переездов на 200 м влияет на время кормления в пределах 3,4-4,8%.
Изменение разовой выдачи кормосмеси на голову на 10 кг (1/3 от суточной нормы) влияет на время кормления в пределах 2324,5%.
В случае перехода от двукратного кормления к однократному при суточной норме 30 кг общее время кормления всего поголовья увеличивается на 21-24%. Увеличение производительности каждого из погрузочных средств на 25-100% сокращает время кормления, в среднем, на 8,5-21%.
Увеличение скорости раздачи от 0,8 до 1,6 км/ч экономит 8,5-10,5% времени. При повышении скорости загруженного кормоцеха от 5 до 8 км/ч выигрыш во времени составляет 7-9,5%.
С использованием рассмотренного подхода появляется возможность моделирования процесса приготовления и раздачи кормов мобильными кормоцехами на фермах КРС для конкретных производственных условий с дальнейшим предоставлением рекомендаций по выбору мобильного кормоцеха оптимальной грузоподъемности.
Литература:
1. К определению эксплуатационных показателей кормовых вагонов / А.И. Купреенко и др. // Вестник Брянской ГСХА. 2014. № 3. С. 3-6.
2. Купреенко А.И. Мобильные смесители-раздатчики кормов. Saarbrucken: LAP LAMBERT, 2013. 58 с.
3. Определение эксплуатационных показателей мобильных кормоцехов // Вестник М^У. 2012. №5(56).
4. Определение времени одного кормления мобильным смесителем-раздатчиком / A.fr Купреенко и др. II Вестник Новосибирского ГЛУ. 2014. №1(30).
5. Купреенко А.И. Обоснование рациона и состава технологических линий производства кормового сырья и приготовления кормов. Брянск, 2005. 36 с.
6. Купреенко А.И. Баланс времени смены мобильного смесителя-раздатчика // Вестник БГCХA. 2006. №1.
7. Купреенко А.И. Разработка метода оптимизации энергосберегающих технологий и средств механизации приготовления кормов: дис. д.т.н. Рязань, 2006.
S. Исаев X К обоснованию выбора мобильного кормоцеха для молочных ферм II Тр. ВНИИМЖ. 2010. T. 2. Literatura:
1. K opredeleniyu ehkspluatacionnyh pokazatelej kormo-vyh vagonov I A.I. Kupreenko i dr. II Vestnik Bryanskoj GSKHA. 2014. № 3. S. 3-6.
2. Kupreenko A.l. Mobil'nye smesiteli-razdatchiki kor-mov. Saarbrucken: LAP LAMBERT, 2013. 5S s.
3. Opredelenie ehkspluatacionnyh pokazatelej mobil'nyh kormocekhov II Vestnik MGAU. 2012. №5(56).
4. Opredelenie vremeni odnogo kormleniya mobil'nym smesitelem-razdatchikom I A.I. Kupreenko i dr. II Vestnik Novosibirskogo GAU. 2014. №1(30).
5. Kupreenko A.l. Obosnovanie raciona i sostava tekhno-logicheskih linij proizvodstva kormovogo syr'ya i prigo-tovleniya kormov. Bryansk, 2005. 36 s.
6. Kupreenko A.l. Balans vremeni smeny mobil'nogo smesitelya-razdatchika II Vestnik BGSKHA. 2006. №1.
7. Kupreenko A.l. Razrabotka metoda optimizacii ehner-gosberegayushchih tekhnologij i sredstv mekhanizacii pri-gotovleniya kormov: dis. d.t.n. Ryazan', 2006.
S. lsaev H. K obosnovaniyu vybora mobil'nogo kormoce-kha dlya molochnyh ferm II Tr. VNIIMZH. 2010. T. 2.
THE MOBILE FORAGE WORKSHOPS' OPERATE PARAMETERS MODELING S.M. Mehilechenko, post-graduate student Bryansk state agricultural university
Abstract. The mobile forage workshop's operating conditions parameters influence on its operating performance at cattle farms' maintenance is analyzed. The study was conducted on the computer modeling basis. With the mathematical model basis it is used the theory of graphs taking into account the probabilistic nature of the balance's components at forage mixture's of cooking and distributing time. It is established that mobile forage workshop's productivity growth at serviced animal heads' increasing from 200 till 1,000formed 13% and 16% (at a mobile fo rage workshop's load capacity respectively 3000 and 10 000 kg). In this case the 200 animals' average time of service is reduced in 11,0-14,5%. The mobile forage workshop's the most rapid growth of productivity in the 8-9% of recorded ha made at the served animals population increasing from 200 to 400 heads, that leads to 200 animals average time of feeding reducing in 7-9%. At further livestock population increasing the mobile forage workshop's productivity growth is reduced. The upload speed double increasing (from 0,8 till 1,6 km/h) that reduces the feeding time in 8,5-10,5% (for load capacity of mobile forage workshop's at 3,000 kg and 5,000 kg, respectively). A further speed increasing (from 1,6 till 3,6 km/h) gives an additional time gain in 4,5-6,0 per cent. At increase total move distances in 200 m, the feeding time changes in average in 3,4-4,8 percent. At feed mixture single distributing per 1 head changes in 10 kg (in 1/3 for the selected parameters), the feeding time changes in 23-24,5%. In the case from double till once feeding time transition it is reduced in 21-24%.
Keywords: graph theory, Kolmogorov equations, mobile forage workshop, feeding time, feed mixture distributing.
