CC BY
62
Обоснование устройства для очистки кормушек и дозированной раздачи кормов в скотоводстве
П.В. Зайцев, д.т.н., профессор, С.П. Зайцев, к.т.н, Н.П. Зайцева, ассистент, ФГБОУ ВПО Чувашская ГСХА
Состояние здоровья и продуктивность животных зависят не только от качества, уровня и полноценности их питания, но и в значительной мере от своевременной очистки кормушек и технологии раздачи кормов [1].
После процесса кормления коров часть кормов остаётся в кормушках, что приводит к их порче под действием влаги, создавая антисанитарные условия.
Существующие способы и устройства раздачи кормов животным не предусматривают операцию предварительной очистки кормушек. Эти технологические процессы на многих животноводческих фермах выполняются вручную или отдельными
агрегатами, увеличивая трудоёмкость и энергоёмкость процесса.
Эффективность процесса кормления животных зависит не только от качества обработки кормов и способов их раздачи, но и от качественной технологии очистки кормушек и применения надёжных и эффективных конструкций очистителей кормушек для достижения наилучшего технического результата.
Технический результат — повышение качества очистки кормушек с разработкой конструкции очистителя кормушек с активным рабочим органом.
Поэтому разработка устройства для эффективной очистки кормушек и раздачи корма, позволяющего снизить энергозатраты и трудоёмкость процесса, актуальна.
Материал и методика исследований. Апробирование процесса очистки кормушек осуществляли с помощью созданного образца опытной установки. Технологический процесс исследовали в соответствии с нижеприведённым планом (рис. 1). По представленному плану (схеме) теоретические и экспериментальные исследования позволяют выбрать рациональные параметры эксплуатации очистителя кормушек, изготовить опытный образец, испытанный в производственных условиях.
Результаты исследований. Цель исследования — обоснование конструктивно-технологических параметров и режимов работы устройства для очистки кормушек на молочной ферме.
Были выдвинуты следующие задачи:
1. Разработать методику очистки кормушек при использовании данного устройства.
2. Обосновать конструктивные параметры и режимы работы устройства для очистки кормушек.
3. Скоструировать, создать и апробировать в производственных условиях установку для очистки кормушек.
Технический результат достигается тем, что устройство для очистки кормушек и дозированной раздачи кормов содержит очиститель, размещённый на передней стенке бункера дозатора. Очиститель выполнен в виде горизонтально расположенного ротора со щётками из капронового ворса, ряды которого расположены под углом к оси ротора, а высота изменяется по его длине с образованием усечённого конуса, причём ротор установлен малым диаметром по направлению движения дозатора [2].
На рисунке 2 изображено устройство для механизированной очистки кормушек и дозированной выдачи кормов.
Устройство — очиститель кормушек — размещено на передней стенке бункера 9 мобильного дозатора кормов и состоит из роторной щётки 1, гидромотора 2, пневмопровода 3, вентилятора 4 с гидроприводом, бункера-циклона 5, механизма для подъёма и опускания щётки 6 и дозатора кормов с элементами выгрузного транспортёра 7, блока битеров 8, продольного транспортёра 10 (рис. 2.1).
При движении устройства (рис. 2.1, 2.2) роторная щётка 1 цилиндрической форы, состоящая из вала 11, ротора 12 с ворсом 13, перемещается вдоль кормушки с остатками кормовых материалов. Поэтому конструкция очистителя выполнена в виде горизонтально расположенного ротора со щётками из капронового ворса и расположена под углом а к его оси с изменяемой высотой по длине и образованием конуса, где ротор установлен малым диаметром по направлению движения дозатора (рис. 2.3).
Рис. 1 - Общий план исследований
Предлагаемое устройство (роторная щётка 1, вентилятор 4, механизм подъёма и опускания щётки 6) агрегатируется трактором класса 1,4 и приводится в движение от его гидросистемы, а рабочие органы дозатора (блок битеров 8, продольный 10 и выгрузной 7 транспортёры) — от вала отбора мощности (ВОМ) трактора.
Технологический процесс очистки кормушек и дозированной подачи кормов происходит следующим образом. Кормовой материал из кормоцеха загружается в бункер 9 мобильного дозатора и транспортируется к животноводческому помещению (рис. 2.2). С помощью гидросистемы трактора включают вентилятор 4 и роторную щётку 1 очистителя в рабочее положение (рис. 2.4), а от вала отбора мощности (ВОМ) приводятся в движение блок битеров 8, продольный 10 и выгрузной 7 транспортёры.
Роторная щетка, приводимая во вращение гидромотором, выводит кормовые остатки из состояния покоя и направляет в пневмопровод. Воздушный поток, создаваемый в пневмопроводе вентилятором, транспортирует кормовые остатки в бункер-циклон, где они оседают.
При перемещении экспериментальной конструкции вдоль кормового прохода происходит очистка кормушек 14 от кормовых остатков 15 и дозированная выдача кормов 16 (рис. 2.2). Кормовые остатки, собранные в циклоне, транспортируются в кормоцех для обработки (рис. 2.4).
Технологическая эффективность работы данного устройства зависит от геометрических размеров и количества ворсин на щётке.
Масса ворса GB щётки выбирается из условия технологической эффективности. На основании этого выбирается общее количество ворсин iо6щ с общей массой умв при их свободной длине L0 и поперечном сечении fn Диаметр прутьев d определяется из условия обеспечения заданной жёсткости ворса
L0 — свободная длина прутка ворса щётки,
H _ EJ 0,05d4E
(1)
где Е = (0,8...1,5) • 105 кг/см2 — модуль упругости материала ворса;
/ = 0,05^4 — момент инерции поперечного сечения прутка ворса, см4;
L0= 15 см;
L — длина щётки, L = 45 см; Иоти и 0,05...0,15 кг-см. Тогда диаметр
d _ 4 HomHL0
0,05E
_ 4
0,1 15
0,05 • 0,97 10
_ 2,36 мм.
Принимаем d = 3 мл = 0,3 см.
Площадь поперечного сечения прутка ворса
\ 2
и _3^_0.07 см2. (2)
Общее количество ворса щётки определяем
выражением:
_ 1000G.
^общ
1000•3
-= 828,2 шт.,
¿/прУм. 45 • 0,07 1,15 (4)
принимаем 1о6щ = 830 шт.
Срок службы щётки определяем по критерию изломоустойчивости:
Т = = 50000 3000 = з,78-10<, час, (5) 60пщ 60•66
где пщ - частота вращения щётки; пщ = 66 с-1; кщ = 3000 — показатель числа перегибов ворса до излома;
т = 50000 — переводный коэффициент.
Равномерность распределения прутков ворса в щётке зависит от её конструкции, размеров ворса и технологии изготовления.
Для снижения энергозатрат и повышения эффективности очистки необходимо оптимизировать параметры установки. Для этого проведены исследования с использованием планирования эксперимента [3]. Критерии оптимизации, факторы и их значения представлены в таблице.
После обработки экспериментальных данных получили уравнения регрессии:
5 = 0,27 - 0,065К- 0,03и - 0,051п + 0,08т -
- 0,0531 + 0,031Кп + 0,01Кт - 0,017ит --0,04о€ + 0,012пт + 0,03п1 -0,03К2 + (6)
+ 0,02и2- 0,01п2 + 0,01т2+ 0,021
Э = 73,554 - 1,722К + 6,6и - 4,25п + 1,86т + +13,2171 + 4,106Ки + 3,031Кп - 4,081кт + + 3,881ип + 3,156о1 + 2,506пт + 1,844п1 -
- 2,769т1 - 8,748К2 - 4,648и2 + 3,602п2-
1,998т2-3,59812 (7)
Оптимизация параметров установки для механизированной очистки кормушек
и дозированной подачи кормов
Фактор Критерий оптимизации
Уровень фактора число лопастей щётки, К, шт. скорость перемещения щётки, и, м/с частота вращения щётки, n, мин-1 число пучков ворса на лопасти, m, шт. длина щётки, 1, м эффективность очистки жёлоба 5, % удельные энергозатраты на 1 м длины жёлоба Э, кВт • ч/м
Верхний (+) Основной (0) Нижний (-) 7 6 5 1,9 1,7 1,5 7,8 7,5 7,2 9 7 5 0,6 0,5 0,4
Рис. 2 - Устройство для механизированной очистки кормушек и дозированной подачи кормов
Адекватность уравнений оценивали по критерию Фишера для пятипроцентного уровня значимости. Максимум эффективности очистки и минимум удельных энергозатрат определяли в результате анализа двумерных поверхностей отклика.
Установлено, что 80= 85—90% и Э = 0,2-0,3 Вт • ч/м соответствуют следующие оптимальные значения факторов: число лопастей роторной щётки — 6; скорость перемещения щётки тл — 1,7 м/с; частота вращения щётки — пщ — 7,5 мин-1; число пучков ворса на лопасти т — 7 шт.; длина щёток 1щ — 0,5 м.
Выводы. 1. Новая технология, включающая предварительную очистку кормушек и дозирован-
ную раздачу корма, улучшает санитарные условия при кормлении животных, снижает трудоёмкость и энергоёмкость технологического процесса.
2. Математические модели (6) и (7) можно использовать для расчётов при разработке усовершенствованного роторного щёточного очистителя.
Литература
1. Коба В.Г. Механизация и технология производства продукции животноводства. М.: Колос, 2000. 528 с.
2. Пат. №2379884 Российской Федерации, МПК А01К5/00 Устройство для очистки кормушек и раздачи кормов / Зайцев П.В., Зайцев С.П., Алексеев С.А. № 2008144468/12; Заяв. 10.11.2008: опуб. 27.01.2010, Бюл. № 3.
3. Мельников С.В., Алеткин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. Л.: Колосс, 1980. 230 с.
