CC BY
4
the production of animal feed for livestock directly to its consumers of various forms of ownership and scale imposes on its machine equipment new requirements, their scientific substantiation and innovative solutions in key energy technology links. The use of a separator - modulator in the technology of compound feed preparation will ensure precise dosing of the mixture components, the quality of mixing and the duration of the onset (achievement) of the dynamic equilibrium of the mixture.Analytical dependences of feed and drive power of the hexagonal sieve system of the sectional separator are obtained to isolate modular fractions from the products of grinding fodder grain in the lines of grinding the initial components of mixed fodders.
Keywords: separator, section, sieve, grinding, divider, slope, flow, shear, dynamic equilibrium.
Введение. Продуктивность сельскохозяйственных животных и птицы на 60-80% и более зависит от факторов кормления. Анализ мирового и отечественного опыта ведения животноводства, результатов выполнения Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы [1] показывает, что альтернативы переходу животноводства на точные, управляющие продуктивной функцией животных технологии нет [1, 2, 3].
Важнейшим ресурсом, управляющим продуктивной и репродуктивной функциями животных и птицы, являются комбикорма. Эффективность их применения в значительной степени зависит от фракционного состава, соответствия ГОСТам и зоотехническим рекомендациям, отклонение от которых снижает ее на 20-30%.
Широко распространенные для измельчения компонентов комбикормов в комбикормовой промышленности и хозяйствах всех форм собственности и масштабов производства молотковые дробилки не отвечают этим требованиям. По данным исследований СКНИИМЭСХ в продуктах помола молотковыми дробилками от 20 до 40 и более процентов частиц менее 1,0 мм, при этом энергоемкость процесса измельчения находится в диапазоне 8,5-15,0 кВт ч/т и не отвечает требованиям энергоресурсосбережения. Эти недостатки присущи и комплектам машин, поставляемым на российский рынок зарубежными фирмами: Skiold, Schauer, RielaGMA 3500, GehlMX-170 и др.
Применяемые в комбикормовой промышленности и на сельхозпредприятиях для измельчения зерна фуражных культур молотковые дробилки не отвечают требованиям энергосбережения - при мелком помоле дают до 40% пылевидной фракции, при крупном - до 20% недоизмельченных и целых зерен [4].
Ситуация еще более усложняется тем, что получают распространение технологии предварительного смешивания неизмельченных компонентов комбикормов, имеющих различные прочностные характеристики [5, 6].
Результаты исследований и их обсуждение.
Переход к точным технологиям в животноводстве предполагает разработку кормоприготовительных машин нового прецизионного принципа действия и введение в линиях приготовления наряду с подготовкой и измельчением компонентов точного выделения из помолов фракций в соответствии с ГОСТами и зоотребования-ми [3, 7, 9,10].
Предлагаемый сепаратор-модулятор [8] для выделения модульных фракций (рисунок 1) состоит из шестигранной трехсекционной решетной системы, сек-
ции которой выполнены из круглых пробивных решет диаметром 1,2,3мм соответственно, обеспечивающих выделение трех фракций модулей размола, предусмотренных стандартом на комбикорма: 0,2-1 мм - мелкий размол, 1-1,8 мм - средний и 1,8-2,6 - крупный размол.
В зависимости от содержания фракции в дискретной совокупности и ее положения на вариационной помольной характеристике время ее нахождения в рабочей камере сепаратора должно быть достаточным для прохода, соответствующего требованиям или ограничениям ГОСТов.
Для выполнения этого условия на ребрах шестигранной решетной системы, установленной горизонтально, закреплены делители потока с возможностью установки их рабочей поверхности под углом, обеспечивающим необходимую скорость осевого перемещения - время сепарации (рисунок 2) и величину подачи.
Исходя из геометрических соображений и кинематики решетной системы, осевая скорость составляющих потока частиц определяется зависимостью
У о = k-l- sino п /60, м/с, (1)
где к - число рядов делителей (2-3-6); / - рабочая длина делителя; п - частота вращения решетной системы, мин "1.
При установившемся режиме работы сепарато-ра-модулятора, подача решетной системы составит:
Qpc = U hp- У0- у ■ р, кг/с, (2)
где Ln - длина приемной секции, м; hp - рабочая высота слоя помола, м] ip - коэффициент заполнения площади решета; р - плотность помола, кг/м3.
Для устойчивого осевого перемещения сепарируемого слоя последующие ряды делителей смещаются на величину Ар с учетом угла естественного откоса ср помола по зависимости
Ар = к■ /■ sino - (к - 1) ■ hp/tg ср, м/с. (3)
Попадая на ряд делителей, слой помола делится на к - 1 частей, каждая из которых образует естественные откосы по передней и задней сторонам (рисунок 3).
Частицы, образующие естественные откосы, попадают на открытую решетную поверхность и проходят через отверстия, большие их размера, или продолжают оставаться в «сходе» решета соответствующей секции.
Длина линии естественного откоса цилиндрической решетной системы /_оц составляет:
Lm = L„¡ cos/3, (4)
где /3 - угол наклона оси цилиндрического решета к горизонту, /3> 0.
Суммарная длина линий естественного откоса осыпания шестигранной решетной системы /_оц при /3 = 0 и шаге делителей р составит:
L0 = (у- 1) ■ (2 В - /cosa) + (р — 1 sin a) ■ l).
после упрощения, окончательно имеем
¿0 = ^_ i) . (2в - 1 cosa + р - í sin«),
где В - ширина решетной грани сепаратора-модулятора.
1 - шестигранная сепарирующая призма; 2 - спицы; 3 - ступицы; 4 - вал; 5 - привод; 6 - рама; 7 - контрпривод; 8 - дозатор; 9 - приемный бункер; 10 - подшипники; 11 - делители потока; 12 - приемники; 13-концевой приемник; 14-лонжероны
Рисунок 1 - Схема секционного сепаратора-модулятора
1 - делители потока; 2 - ось делителя; 3 - приемное кольцо; 4 - решето; 5 - частица потока Рисунок 2 - Схема к расчету осевой скорости потока
1 - делитель; 2 - задний откос; 3 - приемное кольцо; 4 - прямые потоки помола; 5 - передний откос прямого потока; 6 - ребро шестигранника; 7 - соединительный межсекционный фланец; 8 - решето следующей секции Рисунок 3 - Структура потока (план) после прохождения ряда делителей
Сравнивая величины линий откоса цилиндрического (4) и шестигранного (6) решет, оснащенных делителями потока при одинаковой длине Ln, при равных исходных параметрах L„ = 0,5 м; р = 0,1 м; / = 0,1 м; В = 0,3 м; Roo = 0,3 м имеем:
для цилиндрической решетной поверхности при /3 = 10« 1Щ =0,508 м; ¡3 = 20« 10Ц = 0,532 м и /3 = 30» Loa = 0,577 м;
для шестигранной решетной системы £оц=2,436 м. При прохождении ряда делителей (рисунок 3) поток помола смещается на величину /■ sino в осевом направлении, пройдя по поверхности делителя от точки А в точку В.
No = N3 + Л/ас,
Условие свободного движения потока в осевом направлении обеспечивается соотношением углов а, (рд - углом трения потока о плоскость делителя и (рс -углом трения помола о решето сепаратора:
а < агсйд. (7)
В отличие от цилиндрической формы решета в предлагаемой решетной системе, наряду с эксцентрично расположенным рабочим объемом слоя продуктов помола, на пути его движения установлены делители (рисунок 4), обеспечивающие разделение сплошного потока на параллельные части и сдвиг на величину, соответствующую углу установки их рабочих поверхностей относительно образующей шестигранной призмы.
1 - сепарируемый продукт помола; 2 - решетная система;
3 - делители потока Рисунок 4 - Схема к определению составляющих мощности
Тогда общая мощность А/о, необходимая для привода одной секции призмы во вращательное движение, составит:
(8)
где А/э - мощность на преодоление крутящего момента, создаваемого массой слоя, расположенного эксцен-
трично по ходу призмы; Л/зс - мощность, необходимая для деления потока на составляющие его частицы и сдвиг в осевом направлении, равная (А/а + Щ.
Исходя из геометрических, кинематических и технологических соображений, удержание потока в диапазоне углов а„ и а0 определится по зависимости
= hpLc(aH - a0)^~1pgR cos (^y^) и, Вт,
(9)
где hp - высота слоя помола в секции, м; сительного движения; а0 - угол осыпания без относи-U - длина секции, м; р - плотность помола в границах тельного движения.
одной секции сепаратора, кг/м3; ан - угол начала отно- Мощность, необходимая на деление и сдвиг по-
тока в осевом направлении, составит: при (а„-а0) < ста
на деление потока ,, / ¿, \ / ч _ „ ,
Ng = Tc-[2-^-iy{aH-a0)-Rc-hp-k-o)-Rc, (10)
на сдвиг потока
(11)
Nc = Lc • Rc • со • к • hp • g ■ p • f • I • sin a,
где г - удельная сила трения о боковые поверхности делителя, кПа; коэффициент трения слоя о поверхность решета; к- число рядов делителей.
В зависимости от числа рабочих секций сепаратора и задач, решаемых в технологии приготовления комбикорма, решетная система компонуется круглыми
пробивными решетами, соответствующими модулям помола (фракциям 0,2-1,0 мм; 1,0-1,8 мм; 1,8-2,6 мм).
Максимальная суммарная мощность Л/тах привода решетной системы имеет место при разделении помола, соответствующего требованиям ГОСТов и зоотехнических рекомендаций, на три модульных фракции и составляет:
ЛГ,
7пах
= Nn +
í)rp
кВт,
(12)
где 1 - число рабочих секций сепаратора; I] - коэффициенты выделения «прохода» по фракциям (/71, /72, Цз), 1]пр - КПД привода.
Выполнение требуемой операции обеспечивается соответствующим набором решетных секций,
установкой необходимого числа делителей, их регулировкой на подачу согласно зависимостям (1)-(3) для получения результата в виде «прохода» или «схода» в приемники.
Выводы. В зависимости от решаемой в технологическом процессе приготовления комбикорма задачи и данных вариационной помольной характеристики, сепаратор модулятор обеспечивает:
- снижение содержания мучной фракции до уровня требований ГОСТов и зоотехнических рекомендаций из помолов имеющихся в хозяйстве измельчителей, допускающих переизмельчение;
- разделение помолов, содержащих допустимые уровни мучной фракции, на стандартные модули соответствующих видов животных и птицы;
- выделение из помолов компонентов комбикормов фракций требуемых размеров для соответствующих возрастных групп, животных или последующих операций приготовления специальных смесей - носителей микроэлементов или БМВД;
- удаление из помолов фракции максимальных размеров.
Литература
1. Ушачев, И.Г. Научное обеспечение Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы / И.Г. Ушачев II Техника и оборудование для села. - 2013. - № 4. - С. 2-5. - № 5. -С. 2-6.
2. Кормановский, Л.П. Точные технологии в животноводстве: состояние и перспективы / Л.П. Кормановский II Техника в сельском хозяйстве. - 2004. - № 1. - С. 7-9.
3. Лачуга, Ю.Ф. Стратегия машинно-технологи-ческого обеспечения производства сельскохозяйственной продукции / Ю.Ф. Лачуга II Техника в сельском хозяйстве. -2004.-№ 1.-С. 3-7.
4. Обоснование инновационной технологии и комплекса машин для производства и раздачи многокомпонентных обогащенных и обеззараженных зерновых хлопьев повышенной питательности для животных / В.И. Пахомов, М.А. Тищенко, С.В. Брагинец, М.В. Чернуцкий// В сб.: Разработка инновационных технологий и технических средств для АПК. - Ч. II. - Зерноград: СКНИИМЭСХ, 2013. - С. 38-49.
5. Календрузь, И. Мобильный комбикормовый завод или долой затраты на логистику / И. Календрузь, Л. Фило-ненко II Зерно. - УкрНИИПИТ им. Л. Погорелого. - 2014. -№1.-С. 15-17.
6. Мобильный комбикормовый завод [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://tdagrariy.ru/mobilnyy-kombikormovyyzavod.
7. Производство комбикормов в условиях личных подсобных и фермерских хозяйств / И.Н. Краснов, В.М. Филин, А.Н. Глобин и др. II Зерноград: ФГБОУ ВПО АЧГАА, 2014.-228 с.
8. Пат. 2651598 РФ, МПК В07В 1/18, В02С 23/08, В02С 17/00. Сепаратор-модулятор / Семенихин A.M., Ящен-ко В.В.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Дон-ГАУ. - № 2017114311; заявл. 24.04.2017; опубл. 23.04.2018, Бюл. №12.-2 с.
9. Параметры сепаратора-модулятора продуктов размола кормового зерна / В.В. Ященко, Л.О. Родыгина, Л.А. Гуриненко, A.M. Семенихин II Активная Честолюбивая Интеллектуальная Молодежь - Сельскому Хозяйству. -2018.-№1(4).-С. 11-17.
10. Параметры решетчатого сепаратора дискового измельчителя кормового зерна / В.В. Иванов, Л.А. Гуриненко, A.M. Семенихин, В.В. Ященко II В сб.: Инновационные разработки для АПК. - Ч. II. - Зерноград: СКНИИМЭСХ, 2014. -С. 50-55.
References
1. Ushachev I.G. Nauchnoe obespechenie Gosu-darstvennoj programmy razvitiya sel'skogo khozyajstva i reguli-rovaniya rynkov seiskokhozyajstvennoj produktsii, syr'ya i pro-dovol'stviya na 2013-2020 gody [Scientific support of the State program for the development of agriculture and regulation of agricultural products, raw materials and food markets for 2013— 2020], Tekhnika i oborudovanie dlya sela, 2013, No 4, pp. 2-5; No 5, pp. 2-6. (In Russian)
2. Kormanovskij L.P. Tochnye tekhnologii v zhivotno-vodstve: sostoyanie i perspektivy [Exact technologies in animal husbandry: state and prospects], Tekhnika v seiskom kho-zyajstve, 2004, No 1, pp. 7-9. (In Russian)
3. Lachuga Yu.F. Strategiya mashinno-tekhnolo-gicheskogo obespecheniya proizvodstva seiskokhozyajstvennoj produktsii [The strategy of machine-technological support of agricultural production], Tekhnika v seiskom khozyajstve, 2004, No 1, pp. 3-7. (In Russian)
4. Pakhomov V.I., Tishchenko M.A., Braginech C.V., Chernychkij M.V. Obosnovanie innovatsionnoj tekhnologii i kom-pleksa mashin dlya proizvodstva i razdachi mnogokomponent-nykh obogashhennykh i obezzarazhennykh zernovykh khlop'ev povyshennoj pitatel'nosti dlya zhivotnykh [The substantiation of the innovative technology and the complex of machines for the production and distribution of multicomponent enriched and disinfected high-nutritional cereal flakes for animals], v sb. Razra-botka innovatsionnykh tekhnologij i tekhnicheskikh sredstv dlya APK, Ch. II, Zernograd, SKNIIMESKH, 2013, pp. 38-49.
(In Russian)
5. Kalendruz' I., Filonenko L. Mobil'nyj kombikormovyj za-vod ili doloj zatraty na logistiku [Mobile feed mill or down logistics costs], Zerno, UkrNIIPIT im. L. Pogorelogo, 2014, No 1, pp. 15-17.
6. Mobil'nyj kombikormovyj zavod [mobile multi-food plant] [Elektronnyj resurs], Rezhim dostupa: http://tdagrariy.ru/mobilnyy-kombikormovyyzavod. (In Russian)
7. Krasnov I.N., Filin V.M., Globin A.N. Proizvodstvo kombikormov v usloviyakh lichnykh podsobnykh i fermerskikh khozyajstv [Production of animal feed in the conditions of personal subsidiary and farms], Zernograd, FGBOU VPO ACHGAA, 2014, 228 pp. (In Russian)
8. Semenikhin A.M., Yashhenko V.V. Separator-modulyator [Separator-module], pat. 2651598 RF, MPK V07V 1/18, V02S 23/08, V02S 17/00, zayavitel' i patentoobladatel' FGBOU VPO DonGAU, No 2017114311, zayavl. 24.04.2017, opubl. 23.04.2018, Byul. No 12, 2 pp. (In Russian)
9. Yashhenko V.V., Rodugina L.O., Gurinenko L.A., Semenikhin A.M. Parametry separatora-modulyatora produktov razmola kormovogo zerna [Parameters modulator separator feed grain milling products], Aktivnaya Chestolyubivaya Intellek-tual'naya Molodezh' - Sel'skomu Khozyajstvu, 2018, No 1(4), pp. 11-17. (In Russian)
10. Ivanov V.V., Gurinenko L.A., Semenikhin A.M., Yashhenko V.V. Parametry reshetchatogo separatora diskovogo izmeichitelya kormovogo zerna [The parameters of the lattice separator disk grinder feed grain], v sb. Innovatsionnye razrabotki dlya APK, Ch. II, Zernograd, SKNIIMESKH, 2014, pp. 50-55.
(In Russian)
Сведения об авторах
Гуриненко Людмила Александровна - кандидат технических наук, доцент кафедры «Техносферная безопасность и физика», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: +7-918-507-08-02.
Толстоухова Татьяна Николаевна - кандидат технических наук, доцент, заведующая кафедрой «Технологии и средства механизации АПК», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация).
Семенихин Александр Михайлович - доктор технических наук, профессор кафедры «Технологии и средства механизации в АПК», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация).
Ященко Василий Васильевич - аспирант-магистр, инженер, Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.:+7-928-753-72-62. E-mail: aspirantura.achgaa@mail.ru.
Information about the authors
Gurinenko Lyudmila Aleksandrovna - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the Technosphere safety and physics department, Azov-Black Sea Engineering Institute - a branch of the FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: +7-918-507-08-02.
Tolstoukhova Tatyana Nikolaevna - Candidate of Technical Sciences, associate professor, head of the Technologies and means of mechanization of the agroindustrial complex department, Azov-Black Sea Engineering Institute - a branch of the FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation).
Semenikhin Alexander Mikhailovich - Doctor of Technical Sciences, professor of the Technologies and means of mechanization in the agro-industrial complex department, Azov-Black Sea Engineering Institute - a branch of the FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation).
Yashchenko Vasiliy Vasilievich - postgraduate student, engineer, Azov-Black Sea Engineering Institute - a branch of the FSBEI HE «Don State Agrarian University in Zernograd» (Rostov region, Russian Federation). Phone: +7-928-753-72-62. E-mail: aspirantura.achgaa@mail.ru.
УДК 631.353:633.2
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ МОДЕЛЕЙ РУЛОННЫХ ПРЕСС-ПОДБОРЩИКОВ НА ЗАГОТОВКЕ СЕНАЖА
© 2018 г. А.В. Орлянский, И.А. Орлянская, С.Н. Капов, А.Н. Петенев
Перспективная технология заготовки сенажа в рулонах, упакованных в полиэтиленовую пленку, позволяет значительно сократить потери заготавливаемого сенажа и повысить качество корма. Важнейшей операцией этой технологии является подбор трав с одновременным прессованием. Основу этой операции составляет рулонный пресс-подборщик, который обеспечивает высокую плотность и правильную форму рулона для последующей качественной обмотки пленкой. Для получения высококачественного сенажа в рулонах необходим правильный выбор нужного типа и марки пресс-подборщика с учетом природно-хозяйственных условий предприятий, технологических свойств травяной массы, вероятностного характера действующих факторов и взаимодействия машин. Для решения этой задачи разработана и реализована на ЭВМ имитационная модель процесса подбора-прессования травяной массы, позволяющая оценить эффективность рулонных пресс-подборщиков в разных условиях эксплуатации. В качестве критериев эффективности сравниваемых моделей рулонных пресс-подборщиков приняты сменная производительность и удельные совокупные затраты. Путем вычислительного эксперимента с моделью кормоубо-рочного процесса сравнивались характерные марки рулонных пресс-подборщиков российских и зарубежных производителей, различающиеся типом прессовальной камеры, диаметром формируемых рулонов, наличием или отсутствием измельчающего аппарата. Анализ результатов вычислительных экспериментов позволил установить, что наиболее эффективными на заготовке сенажа в рулонах, упакованных в полиэтиленовую плёнку, являются пресс-подборщики без измельчающего аппарата, с прессовальной камерой постоянного объема, формирующие рулоны диаметром 1,5 м. Причем рулонные пресс-подборщики отечественного производства в условиях России эффективнее по критерию совокупных затрат на 35-40% в сравнении с зарубежными аналогами.
Ключевые слова: сенаж в рулонах, рулонный пресс-подборщик, имитационное моделирование, эффективность, совокупные затраты.
A promising technology for harvesting haylage in rolls packed in plastic wrap can significantly reduce the loss of harvested hay-lage and improve feed quality. The most important operation of this technology is the selection of herbs with simultaneous pressing. The basis of this operation is a round baler, which provides a high density and the correct shape of the roll for the subsequent quality winding film. To obtain high-quality haylage in rolls, it is necessary to choose the right type and brand of baler, taking into account the natural and economic conditions of enterprises, the technological properties of grass mass, the probabilistic nature of the acting factors and machine interactions. To solve this problem, a simulation model of the process of selection and pressing of grass mass has been developed and implemented on a computer, allowing to evaluate the efficiency of round balers in different operating conditions. Interchangeable productivity and specific total costs are taken as the performance criteria of the compared models of round balers. By means of a computational experiment, the characteristic models of round balers of Russian and foreign manufacturers, differing by the
