CC BY
38
УДК 631.374.001.5
ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДИКИ ВЫБОРА ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЕЙ-СМЕСИТЕЛЕЙ-РАЗДАТЧИКОВ
© 2017 г. А.М. Семенихин, С.А. Шварц, В.С. Дзреян
Повышение продуктивности крупного рогатого скота, содержащегося на животноводческих фермах и комплексах, осуществляется за счет полной механизации процесса кормления животных. Только при своевременном полноценном и сбалансированном кормлении проявляется весь генетический потенциал продуктивности. Значительное распространение в настоящее время получила заготовка стебельных кормов в прессованном виде, особенно в рулонах. Многочисленные научные исследования и практический опыт показали важность приготовления полноценной кормовой смеси на основе измельченных грубых кормов, т.к. за счет образования частиц с большей поверхностью улучшается перевариваемость и усваиваемость корма. Широкое внедрение в практику механизации приготовления и раздачи кормов в скотоводстве многофункциональных технологических комплексов поставило целый ряд вопросов, связанных с эффективностью их применения и качества выполняемых процессов, применительно к кормовой базе хозяйства. Исходя из этого, остро встает проблема обеспечения сельского хозяйства мобильными универсальными средствами для приготовления и раздачи стебельных кормов на фермах и комплексах, которые не уступают импортным аналогам по производительности, надежности, простоте обслуживания и качеству выполняемых работ. В настоящее время рынок сельскохозяйственной техники по приготовлению и раздаче кормов заполнен как импортными, так и отечественными аналогами смесителей-раздатчиков. Для более точного выбора той или иной модели многофункционального агрегата в условиях реальной молочнотоварной фермы необходима методика выбора ИСРК по оценочным характеристикам, представленная в данной статье. Данная методика основана на хронометражных данных, полученных на молочнотоварной ферме, в реальных условиях.
Ключевые слова: структурные схемы, измельчитель-смеситель-раздатчик кормов (ИСРК), плотность кормосмеси, хронометраж, энергоемкость, энергонасыщенность, вариационный ряд, энергоресурсо -сбережение.
Increase of the productivity of cattle, kept on livestock farms and complexes is carried out due to complete mechanization of the process of feeding animals. Only with timely full and balanced feeding, the entire genetic productivity potential is manifested. The harvesting of stalk forage in compressed form, especially in rolls has now become significantly spread. Numerous scientific studies and practical experience have shown the importance of preparing a complete feed mixture based on crushed coarse fodder, as due to the formation of particles with larger surface, the digestibility and assimilability of the feed improves. The wide introduction of mechanization in the feed preparation and distribution in the cattle breeding of multifunctional technological complexes posed a number of issues related to the effectiveness of their application and the quality of the performed processes, in relation to the feed base of the household. On the assumption of this, there becomes acute the problem of agriculture provision with mobile universal tools for the preparation and distribution of stalk feedstuffs on farms and complexes that are not inferior to imported analogues in terms of productivity, reliability, ease of maintenance and quality of performed work. At present, the market of agricultural machinery for the fodder preparation and distribution is filled with both
imported and domestic analogues of mixers distributors. For a more accurate selection of particular multifunctional aggregate model under conditions of real dairy farm, methodology for choosing grinder-mixer-distributor of feeds (GMDF) by the estimated characteristics is needed and presented in this article. This technique is based on timekeeping data obtained on dairy farm under real conditions.
Keywords: structural diagrams, grinder-mixer-distributor of feeds (GMDF), density of feed mix, time-study, energy intensity, energy saturation, variation series, energy and resource saving.
Результаты научных исследований и производственный опыт широкого применения круглогодичного кормления скота полнорационными смесями, приготовленными многофункциональными кормовыми агрегатами, подтвердили рост продуктивности и снижение расхода кормов на единицу продукции до 15%, уменьшение кратности кормления до 2-3 раз, увеличение обслуживаемого поголовья [1, 2].
Эти результаты возможны только при должной технико-технологической подготовке подсистемы кормопроизводства в хозяйстве и создании необходимых условий функционирования агрегатов на основе структурно-функционального анализа производственных процессов на ферме крупного рогатого скота (КРС) [3].
Анализируя структурные схемы кормовых линий на фермах крупного рогатого скота по четырем основным технологиям, Л.П. Кормановский и М.А. Тищенко доказали, что для решения задачи кормления скота полнорационными смесями, без применения ручного труда, необходимо иметь более 30 единиц техники и оборудования, 5 типов хранилищ и складских сооружений. Для реализации одной из них требуется от 16 до 18 наименований техники и инфраструктурных объектов [2]. Поэтому приобретение измельчителей-смесителей-раздатчиков кормов (ИСРК) для перевода системы кормообеспечения скота на новый качественный уровень потребует модернизации технологии всего производства животноводческой продукции с минимальными затратами на «встраивание» его в машинную и инфраструктурную составляющие конкретного хозяйства [10].
Эффективность применения ИСРК определяется соотношением его стоимости и эксплуатационных затрат на единицу объема работы, в конечном итоге прибылью от реализации производственной продукции [4].
Экономико-математическая модель производства животноводческой продукции, с учетом некоторых ограничений на выбор технологии, регламента, коэффициентов ожидаемых эффектов и основных параметров процессов, предлагаемая учеными, содержит более 20 основных показателей, многие из которых требуют теоретического обоснования, экспериментальной проверки и апробации на модельных объектах и поэтому не может служить основанием для принятия управленческого решения [5].
Результаты испытаний ИСРК, приведенные в отчете членов Ассоциации Британских фермерских хозяйств KINGSHAY, включают горизонтально- и вертикально-шнековые, лопастные и барабанные модели, пятибалльное ранжирование которых выполнено по девяти функциональным показателям - скорость и качество смешивания, измельчение и раздача, их равномерность, а также чистота выгрузки и точность взвешивания, простота конструкции и обслуживания [6].
Большая часть этих показателей -функции множества внешних факторов. Поэтому результаты, полученные в единых сопоставимых условиях, не суть воспроизводимы или повторимы в других - конкретного животноводческого объекта.
Потенциального потребителя ключевого базисного звена интенсивной и высокой машинной технологии могут удовлетворить обобщенные характеристики ИСРК:
- энергоресурсосбережение;
- энергонасыщенность системы и технологического процесса;
- заданная производительность в условиях конкретной инфраструктуры кормообеспечения имеющегося поголовья [2, 3, 5].
Методика определения параметров линии подготовки и раздачи кормосмеси
для КРС предполагает наличие полной информации о кормовой базе хозяйства, структуре стада и технологии производства, необходимой для расчета годовой Ог , суточной Ос, и максимальной разовой Oр.max потребности детализированного рациона с учетом qi, его компонентов, производственной группы животных численностью т в течение периода содержания или физиологического цикла обслуживания по каждому виду корма [1, 3].
Gr = L 1 L0^] >
i =1 k=1 i =1
n k
Gc =LL g,
(1)
i=i k=i
G„
_ Gc
Разовая максимальная выдача принимается за расчетную для определения Ут требуемой технологической емкости ИСРК с учетом 2 кратности раздач или массы максимальной доли рациона в суточной
норме потребления лимитирующего потребителя:
С
""" (2)
it _ p.max
VT =
PW
где р - плотность кормосмеси, кг/м3, рекомендуемая для силосо-сенажных рационов в диапазоне 350-380 кг/м3; у - коэффициент использования емкости ИСРК: 0,7-0,8 - вертикально-, 0,9 - горизонталь-но-шнековых и барабанных моделей [ 1].
При этом Ортах должна соответствовать одному помещению или группе животных с наибольшим поголовьем или быть ей целочисленно кратной.
В качестве дополнительных аргументов обоснования объема целесообразно выполнить хронометраж составляющих рабочего цикла ИСРК, планируемого для эксплуатации на реальной ферме (рисунок 1), использовав при этом имеющийся раздатчик достаточной емкости.
Рисунок 1 - Результат хронометража ИСРК в условиях МТФ СПК «Колхоз им. С.Г. Шаумяна»
В результате хронометража ИСРК на молочнотоварной ферме СПК «Колхоза
им. С.Г. Шаумяна» Мясниковского района Ростовской области и обработки 5 повтор-
k
z
ностей установлено, что время рабочего цикла агрегата составляет 25±2 мин.
Представленные на графике составляющие цикла будут соответствовать параметрам генерального плана фермы, расположения объектов подсистемы хранения кормов, дорожным условиям и сложившемуся регламенту процесса раздачи соответствующим технологическим и возрастным группам скота. Полученная продолжительность рабочего цикла позволит определить Qp технологическую производительность ИСРК расчетной емкости Ут.
0Р = (3)
здесь ^ - время от захода на позицию 3 до возвращения на нее, ч.
По данным исследований ученых СКНИИМЭСХ время погрузки кормов в общем балансе технологического цикла составляет 70-80%, переездов агрегата между хранилищами, к местам раздачи и обратно - 6-15%, собственно раздачи - 1417% [2, с. 75]. При этом время переезда агрегата от мест стоянки в рабочую зону не превышает 1%.
Для молочнотоварных ферм с поголовьем до 500 голов объем бункера ИСРК более 10 м3, а для ферм до 1000 голов - более 15 м3 считается нецелесообразным [1].
Результаты морфологического, энергетического и технологического
ранжирования ИСРК
Кр =Ё КТ
T ,V ,g
Параметры оценки Показатели оценки Результаты ранжирования
Фирма (страна) Марка (модель) N, кВт m, т V, м3 Кт, кВт/Т К N Kv - V' кВт/м3 Kg, т/м3 Ко = КтКуКе КР =
Вел. № Вел. № Вел. № Вел. № Вел. №
№ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1 «Marmix» (Италия) Superuni 3 гор. шн. 25,7 44,1 2.3 3.4 5 9 11,17 12,97 8 10 5,14 4,90 5 3 0,46 0,78 8 14 26,41 49,54 5 14 27 41 6 12
2 Zago (Италия) CD 4 гор. шн. 36,8 36,8 4,5 4,7 7 9 8,17 7,82 2 1 5,25 4,08 6 1 0,64 0,52 13 11 27,45 16,59 6 1 27 14 7 1
3 «De Laval» (Швеция) Optimix SC гор. шн. 45,0 40,0 5,05 4,0 8 8 8,91 10,0 4 6 5,62 5,0 8 4 0,63 0,50 12 10 31,54 25,0 8 4 32 24 9 5
4 «Triolet» (Нидерланды) Solomix 1 верт. шн. 35,0 50,0 2,56 3,50 7 10 13,67 14,28 11 12 5,0 5,0 4 4 0,36 0,35 4 12 24,6 25,0 3 4 22 22 4 3
5 Tatoma (Испания) МТ 1 гор. шн. MTS 50 60 98 2,7 3,5 9,3 7 10 10 18,51 17,14 10,54 18 15 7 7,14 6,0 9,8 14 10 17 0,39 0,35 0,93 6 2 16 51,54 36,0 96,0 15 10 18 53 37 58 17 11 18
6 «Unifast» (Италия) WS верт. шн. фреза 78 78 8,5 8,9 6 10 9,17 8,74 5 3 13,0 7,8 18 15 1,42 0,89 17 15 169,3 60,7 19 16 59 49 19 16
7 «Колган» (Россия) Triolet Серии Solomix 55 3,35 10 16,42 14 5,5 7 0,345 1 30,25 7 29 8
8 «НОЭЗНО» (Россия) КИС-8 К-10А К-10 Б 45 45 3,9 3,9 8 10 11,54 11,5 9 9 5,63 4,5 9 2 0,489 0,39 9 6 31,8 20,3 9 2 36 19 10 2
9 «ИжЛайн» (Россия) 8В 10В 5Г 9Г 55 65 48 57 3,05 3,56 2,25 3,95 8 10 5 9 18,03 18,26 21,33 14,43 16 17 19 13 6,88 6,50 9,60 6,33 13 11 16 12 0,381 0,356 0,45 0,439 5 3 8 7 47,3 42,2 92,2 40,1 13 12 17 11 47 43 60 43 15 14 20 13
Тогда задача выбора модели ИСРК по требуемому объему технологической емкости, при условии соответствия требованиям качества выполнения перечня основных функций, может быть сведена к их сравнению по удельным критериям производным технической характеристики, минимизация которых однозначно свидетель-
ствует о ее преимуществе в ряду равных сравниваемых объемов или одинаковых схем - это:
- удельная металлоемкость на единицу рабочего объема
К = М. т/м3; (4)
- удельная энергоемкость техноло гического объема
N
Kv =
V
кВт/м3
-3.
(5)
- энергонасыщенность технологического комплекса
N
K - —, кВт/Т, T M
(6)
где Ы, У, М - соответственно мощность энергосредства, агрегируемого с ИСРК, кВт; объем технологической емкости, м3; общая масса конструкции, т, представленной в технической характеристике.
Условиям энергоресурсосбережения, оптимальности технико-технологических решений, априори, отвечают минимальные значения этих критериев, их сумм, произведений, сумм мест в базе сравнения или модельном ряду [7].
Для модели, отвечающей требованиям потребителя, исходные данные и результаты хронометража выбираются по данным таблицы.
Места в графах 7, 9, 11, 13 и 15 присвоены по нарастанию значений критериев, их произведений и сумм мест в графах 6, 8, 10, 12 и 14 построчно.
Из данных таблицы следует, что на первом месте в «табели рангов» находится модель 2а§оСБ (Италия) емкостью 9 м3 с четырьмя горизонтальными шнеками, занявшая три первых места из четырех оце-
нок. На втором месте модель «НОЭЗНО» КИС-10А (Россия), на третьем - «Triolet» -«Solomix» (Нидерланды). Замыкает десятку модель «НОЭЗНО» КИС-8 (Россия), занявшая все четыре девятых места (позиция 8 верхняя строка).
В таблице приведены результаты сравнения ИСРК объемом от 5 до 10 м3, рекомендуемые к применению на фермах с поголовьем от 200 до 1000 голов [1, 3].
Наличие пар оценок в суммах мест целого ряда моделей, составивших первую десятку, свидетельствует об их более высоком техническом и технологическом уровне в табели рангов и позволяет сформулировать направление совершенствования по «упущенным» критериям.
На возможность дальнейшего совершенствования ИСРК указывают диапазоны варьирования удельных показателей (графы 6, 8, 10): Кт (7,82-21,33) при среднем значении 13,13; Ку (94,08-13,0) при среднем значении 6,43; Kg (0,345-1,42) при среднем значении 0,531.
Эти же вариационные ряды свидетельствуют о сложности выбора требуемой модели. В этой ситуации графическое представление результатов ранжирования (рисунок 2) позволяет сформулировать направление совершенствования и отдать предпочтение той или иной модели [8, 9].
1, 2, 3 - трехмерные характеристики ИСРК с минимальными, средними и максимальными
значениями критериев Рисунок 2 - Графическое представление произведения критериев оценки
в прямоугольных координатах
Параметрическая плоскость ХУ (кВт/т и кВт/м3) позволяет оценить соответствие рабочих органов ИСРК требованиям оптимальности в его технологическом объеме, плоскость У2 (кВт/т и т/м3) - оценить целесообразность энергонасыщения технологического объема и транспортного средства, наконец плоскость Х2 (кВт/м3 и т/м3) позволяет оценить схемотехническое решение многофункционального комплекса с позиции энергосбережения на единицу технологического объема.
Заключение. Исходя из результатов имитационного хронометража (рисунок 1), предметно-функциональной оценки инфраструктуры фермы и технических возможностей ее влияния на основные составляющие рабочего цикла и, в целом, на его продолжительность, не в ущерб сложившемуся регламенту, определяется технологическая производительность ИСРК по условию:
^ =
Гг-у-р >(
I ^^ I ^р
, т/ч,
(7)
в котором ^ - суммарное время транспортной составляющей цикла; tз - суммарное время загрузки технологической емкости компонентами рациона; tр - время раздачи; Тз - время, отведенное регламентом на выполнение цикла.
При этом, в границах допустимого регламентом Тз, величина Qт - может быть уточнена другим Ут - в пределах модельного ряда не в ущерб месту модели в сравниваемой выборке.
Литература
1. Тищенко, М.А. Технологический регламент подготовки и раздачи полноценных кормосмесей на фермах крупного рогатого скота / М.А. Тищенко, С.В. Браги-нец. - Зерноград: СКНИИМЭСХ, 2011. -48 с.
2. Кормановский, Л.П. Механико-технологические основы точных технологий приготовления и раздачи кормосмесей крупному рогатому скоту многофункциональными агрегатами / Л.П. Кормановский, М.А. Тищенко. - Москва: Россельхозака-демия, 2002. - 344 с.
3. Кормановский, Л.П. Обоснование семейства унифицированных измельчителей-смесителей-раздатчиков кормов и подстилки / Л.П. Кормановский, М.А. Тищен-ко // Техника в сельском хозяйстве. - 2000. - № 6. - С. 3-5.
4. Краснощеков, Н.В. Инновационное развитие сельскохозяйственного производства России / Н.В. Краснощеков. - Москва: ФГНУ «Росинформагротех», 2009. - 388 с.
5. Доценко, С.М. О технологиях и технических средствах подготовки к скармливанию сформированных в рулоны кормов / С.М. Доценко, В.Ю. Фролов, Ю.Б. Курков // Техника в сельском хозяйстве. - 1999. - № 5. - С. 20-21.
6. Сысоев, Д.П. Параметры раздатчика-смесителя кормов для малых ферм крупного рогатого скота: автореферат / Д.П. Сысоев. - Ростов-на-Дону, 2011. -20 с.
7. Морфологические и энерготехнологические предпосылки оценки измельчителей-смесителей-раздатчиков кормов / С.А. Шварц, А.М. Семенихин, М.М. Магомедов, В.И. Марченко, Л.А. Гуриненко // Актуальные проблемы научно-технического прогресса в АПК: сборник научных статей. - Ставрополь: АРГУС, 2010. -С.237-245.
8. Шварц, С.А. Структура технологического цикла и возможности совершенствования измельчителей-смесителей-раздатчиков кормов / С.А. Шварц, В.С. Дзреян, А.М. Семенихин // Совершенствование технологических процессов и технических средств в АПК: сборник научных трудов ФГБОУ ВПО АЧГАА. Вып. 9. - Зерноград, 2011. - 154 с.
9. Шварц, С.А. Совершенствование работы измельчителя-смесителя-раздатчика кормов / С.А. Шварц, В.С. Дзреян, А.М. Семенихин // Высокоэффективные технологии и технические средства в сельском хозяйстве: Межд. сб. тр. ФГБОУ ВПО АЧГАА. - Зерноград, 2012. - 292 с.
10. Пат. ЯИ 2498556. Измельчитель-смеситель-раздатчик кормов с устройством предварительного измельчения / Шварц С.А., Семенихин А.М., Иванов В.В., Дзреян В.С.; заявл. 05.03.2012; опубл. 20.11.2013.
З
References
1. Tishhenko M.A., Braginec S.V. Tehnologicheskij reglament podgotovki i raz-dachi polnocennyh kormosmesej na fermah krupnogo rogatogo skota [Technological regulations for the preparation and distribution of full-value feed mixtures on cattle farms], Zernograd, SKNIIMJeSH, 2011, 48 p.
2. Kormanovskij L.P., Tishhenko M.A. Mehaniko-tehnologicheskie osnovy tochnyh tehnologij prigotovlenija i razdachi kor-mosmesej krupnomu rogatomu skotu mnogo-funkcional'nymi agregatami [Mechanic-technological basis of precise technologies for the preparation and distribution of fodder mixes to cattle by multifunctional aggregates], Moscow, Rossel'hozakademija, 2002, 344 p.
3. Kormanovskij L.P., Tishhenko M.A. Obosnovanie semejstva unificirovannyh iz-mel'chitelej-smesitelej-razdatchikov kormov i podstilki [Justification of the series of unified shredders-mixers-distributors of feed and underlay] Tehnika v sel'skom hozjajstve, No. 6, 2000, pp. 3-5.
4. Krasnoshhekov N.V. Innovacionnoe razvitie sel'skohozjajstvennogo proizvodstva Rossii [Innovative development of agricultural production in Russia], Moscow, FGNU «Rosinformagroteh», 2009, 388 p.
5. Docenko S.M., Frolov V.Ju., Kur-kov Ju.B. O tehnologijah i tehnicheskih sredstvah podgotovki k skarmlivaniju sformi-rovannyh v rulony kormov [On technologies and technical means of preparation for feeding of feed formed in rolls], Tehnika v sel'skom hozjajstve, No. 5, 1999, p. 20-21.
6. Sysoev D.P. Parametry razdatchika-smesitelja kormov dlja malyh ferm krupnogo
rogatogo skota: avtoreferat [Feed distributormixer parameters for small cattle farms: abstract of author's thesis], Rostov-on-Don, 2011, 20 p.
7. Shvarc S.A., Semenihin A.M., Ma-gomedov M.M., Marchenko V.I., Gurinen-ko L.A. Morfologicheskie i jenergotehnolog-icheskie predposylki ocenki izmel'chitelej-smesitelej-razdatchikov kormov [Morphological and energy-technological prerequisites for the evaluation of grinders-mixers-feed distributors], Aktual'nye problemy nauchno-tehnicheskogo progressa v APK, sbornik nauchnyh statej, Stavropol', ARGUS, 2010, pp.237-245.
8. Shvarc S.A., Dzrejan V.S.,Semenihin A.M. Struktura tehnologicheskogo cikla i vozmozhnosti sovershenstvovanija iz-mel'chitelej -smesitelej -razdatchikov kormov [The structure of the technological cycle and the possibility of improving the grinders-mixers-distributors of feeds], Sbornik nauch-nyh trudov FGBOU VPO AChGAA, Issue 9, Zernograd, 2011, 154 p.
9. Shvarc S.A., Dzrejan V.S., Semenihin A.M. Sovershenstvovanie raboty iz-mel'chitelj a-smesitelj a-razdatchika kormov [Improving the work of the shredder-mixer-distributor of feeds], Vysokojeffektivnye tehnologii i tehnicheskie sredstva v sel'skom hozjajstve: Mezhd. sb. tr. FGBOU VPO AChGAA, Zernograd, 2012, 292 p.
10. Shvarc S.A., Semenihin A.M., Ivanov V.V., Dzrejan V.S. Izmel'chitel'-smesitel'-razdatchik kormov s ustrojstvom predvaritel'nogo izmel'chenija [Grinder Mixer Feeder with pre-cutting device], Patent No. 2498556 RU; zajavl. 05.03.2012, opubl. 20.11.2013.
Сведения об авторах
Семенихин Александр Михайлович - доктор технических наук, профессор кафедры «Технологии и средства механизации агропромышленного комплекса», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Россия). Тел.: +7-909-402-68-90. E-mail: [email protected].
Шварц Сергей Александрович - инженер, аспирант кафедры «Технологии и средства механизации агропромышленного комплекса», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Россия). Тел.: +7-928-140-05-78. E-mail: [email protected].
Дзреян Владимир Сергеевич - инженер СПК «Колхоз им. С.Г. Шаумяна» (с. Чал-тырь, Ростовская область, Россия), аспирант кафедры «Технологии и средства механизации агропромышленного комплекса», Азово-Черноморский инженерный институт -филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Россия). Тел.: +7-918-520-24-36.
Information about the author
Semenikhin Alexander Mikhailovich - Doctor of Technical Sciences, professor of the Technologies and means of mechanization of agro-industrial complex department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russia). Phone: +7-909-402-68-90. E-mail: [email protected].
Schwartz Sergey Aleksandrovich - engineer, post-graduate student of the Technologies and means of mechanization of agro-industrial complex department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russia). Phone: +7-928-140-05-78. E-mail: [email protected].
Dzreyan Vladimir Sergeevich - engineer of the Agricultural production cooperative «Kolkhoz im. S.G. Shaumyan» (village Chaltyr, Rostov region, Russia), post-graduate student of the Technologies and means of mechanization of agro-industrial complex department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russia). Phone: +7-918-520-24-36.
