CC BY
6
ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ ЖИВОТНОВОДСТВА
УДК 631.363
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДИСКОВОГО ДОЗАТОРА ДЛЯ СУХОГО ЗАМЕНИТЕЛЯ
ЦЕЛЬНОГО МОЛОКА
С.В. Вторый, канд. техн. наук
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
За качественное выполнение операции дозирования порошка при приготовлении смеси жидкого заменителя цельного молока отвечает дозатор, определяющими технико-технологическими характеристиками которого являются точность дозирования и производительность. Низкая точность дозирования при выполнении процесса отрицательно сказывается на приросте живой массы телят. Разработка новых средств дозирования способствует совершенствованию технологии приготовления жидкого ЗЦМ при одновременном повышении надежности и уменьшении энергоемкости процесса. Целью работы является повышение качества процесса дозирования сухого ЗЦМ путем совершенствования технических параметров дозатора. Исследуемый дозатор изготовлен из нержавеющей стали и состоит из двух элементов: бункера для сухого ЗЦМ и дозирующего устройства дискового типа. Дозирующее устройство имеет междисковое расстояние 68 мм, угол сектора диска 90°, частоту вращения дисков 2 об/с. На производительность и точность дозирования в значительной степени влияет процесс сводообразования. Одно из условий, препятствующих сводообразованию - это наличие ворошителя, который стабилизирует процесс истечения сухого ЗЦМ. При исследовании дозатора применялись два типа ворошителей. Определялись физико-механические свойства сухого ЗЦМ (плотность и влажность) и проводились эксперименты, где в качестве фактора выступало время дозирования порции сухого ЗЦМ, равное 6, 10, 15 и 20 секундам. Было установлено, что с дисковым дозатором целесообразнее использовать ворошителя, производительность которого составила 90 г/с при средней мощности на привод 226 Вт. Средняя погрешность процесса дозирования не превышала 3%. Получены уравнения для расчета времени работы дозатора от необходимого объема жидкого ЗЦМ.
Ключевые слова: молодняк КРС, заменитель цельного молока, дозатор, дозирование, ворошитель
Для цитирования: Вторый С.В. Совершенствование дискового дозатора для сухого заменителя цельного молока // АгроЭкоИнженерия. 2022. № 2(111). С.137-
INVESTIGATION OF A DISC DISPENSER FOR THE DRY WHOLE MILK REPLACER
S.V. Vtoryi, Cand. Sc. (Engineering)
Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) -branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia
The high-quality powder dosing when preparing a mixture of liquid whole milk replacer is the responsibility of a dispenser. Its defining technical and technological characteristics are dosing accuracy and productive capacity. The poor dosing accuracy during the mixing has a negative effect on the calf live weight increment. The development of new dosing devices contributes to the improvement of the technology for the preparation of liquid milk replacer with increasing the reliability and reducing the energy intensity of the process. The study aim was to enhance the dosing quality of the dry milk replacer by improving the dispenser's performance. The investigated dispenser was made of stainless steel and had two elements: a hopper for the dry milk replacer and a disk-type dosing device. A distance between the discs in the dosing device was 68 mm, a disc sector angle was 90°, and a disc rotation speed was 2 rpm. Arching of the material had a major effect on the productivity and dosing accuracy of the dispenser. To prevent this process, a stirrer was installed, which stabilized the dry milk replacer outflow. The study investigated two types of stirrers. The study determined the physical and mechanical properties of dry milk replacer - its density and humidity. In the performed experiments the factor was the dosing time of 6, 10, 15 and 20 seconds per a dry milk replacer batch. The study found more practical to use a disc dispenser with a stirrer with the productivity of 90 g/s and an average driver capacity of 226 W. The average dosing error did not exceed 3%. The study derived equations for calculating the operating time of the dispenser from the required volume of liquid milk replacer.
Key words: young cattle, whole milk replacer, dispenser, dosing, stirrer
For citation: Vtoryi S.V. Investigation of a disc dispenser for the whole milk dry replacer. AgroEkoInzheneriya. 2022. No. 2(111): 137- (In Russian)
Введение
Корма являются одним из основных факторов определяющих эффективность и рентабельность молочного животноводства, в структуре затрат они занимают более 60%. При выращивании молодняка крупного рогатого скота (КРС), в настоящее время во многих хозяйствах, расходуется большое количество цельного молока, что приводит к значительно высокой стоимости прироста живой массы [1]. Так же выпаивание цельного молока не позволяет обеспечить темпы роста молодняка КРС, которые отвечают современным стандартам [2].
Одним из наиболее рациональных путей является использование его заменителей. В качестве альтернативы при выращивании телят используются жидкие заменители цельного молока (ЗЦМ), которые успешно применяют во многих странах [3]. В этом случае мы получаем существенную экономию цельного молока, а так же применение ЗЦМ благоприятно отразится на развитии органов пищеварения телят, и они быстрее адаптируются к потреблению растительных кормов [4].
Заменитель цельного молока по своей энергетической и биологической ценности и химическому составу не уступает цельному молоку. Его применение способствует
увеличению интенсивности роста телят при снижении затрат на 1 кг прироста их живой массы [5,6].
Использование смеси жидкого ЗЦМ позволяет исключить технологические проблемы при кормлении молодняка, благодаря тому, что сухой ЗЦМ имеет длительный срок хранения при постоянном составе [7].
Важнейшим показателем приготовленной смеси жидкого ЗЦМ является ее качество, которое достигается строгим соблюдением соотношения пропорции сухого и жидкого компонентов в процессе дозирования [8]. Готовая порция жидкого ЗЦМ это отношение одной части порошка к 8-10 частям подготовленной воды, в результате чего получается из 1 кг сухого ЗЦМ 9-11 л готовой смеси [6].
За качественное выполнение операции дозирования компонентов отвечает дозатор, определяющими технико-технологическими характеристиками которого являются точность и производительность [9]. Низкая точность дозирования при выполнении процесса отрицательно сказывается на приросте живой массы. Разработка новых средств дозирования будет способствовать совершенствованию технологии приготовления жидкого ЗЦМ, при повышении надежности и уменьшении энергоемкости процесса.
Целью работы является повышение качества процесса дозирования сухого ЗЦМ, путем совершенствования технических параметров дозатора.
Материалы и методы
Исследуемый дозатор изготовлен из нержавеющей стали и состоит из двух элементов: бункера для сухого ЗЦМ и дозирующего устройства. Дозирующее устройство дискового типа с использованием гравитационного истечения порошка ЗЦМ представлено на рисунке 1. Выгрузная горловина бункера 1 и корпус дозирующего устройства 3 жестко соединены между собой.
Рис. 1. Схема дозирующего устройства
1 -выгрузная горловина бункера; 2 - верхний диск с сектором 90°; 3 - корпус дозирующего устройства; 4 - ось крепления дисков; 5 - нижний диск с сектором 90°; 6 - выгрузная горловина дозирующего устройсва; И - междисковое расстояние; Я -
139
радиус дисков.
Формирование порции сухого ЗЦМ дозатором состоит из двух периодов: первый (производительность Q1) - движение порошка через выгрузную горловину и сектор верхнего диска с заполнением междискового пространства; второй
(производительность Q2) - движение порошка через сектор нижнего диска и в выгрузную горловину дозирующего устройства. Условием качественной работы является соотношение Q1 > Q2.
На производительность и точность дозирования в значительной степени влияет процесс сводообразования над выгрузной горловиной бункера препятствующий нормальной работе дозирующего устройства. Одно из первых условий предотвращения сводообразования - правильный выбор размеров выпускного отверстия бункера. В нашем случае выгрузная горловина бункера и загрузная горловина дозирующего устройства соединены между собой, при этом их диаметры одинаковы. Следующее условие препятствующее сводообразованию, это наличие ворошителя, который стабилизирует процесс истечения сухого ЗЦМ [10]. На рисунке 2 представлены два типа ворошителей применяемых при исследовании дозатора. Один ворошитель (рис. 2. поз. 1) представляет из себя пластину закрепленную и повернутую на плоскости верхнего диска на 45 градусов. Второй ворошитель (рис. 2. поз. 2) представлен двумя пластинами-ножами. Угол расположения ворошителей а относительно сектора верхнего диска, по движению часовой стрелки, равен 90 градусов.
к
Рис. 2. Схемы ворошителей
Дозирующее устройство имеет: междисковое расстояние h=68 мм, угол сектора диска Р=90°, угол расположения ворошителя а=90°, частота вращения дисков п=2 об/с.
В процессе исследования: определялись физико-механические свойства сухого ЗЦМ (плотность и влажность); проводились эксперименты, где в качестве фактора выступало время дозирования порции сухого ЗЦМ, равное - 6, 10, 15 и 20 секундам. Качество работы дозатора оценивалось по следующим признакам: отсутствие
сводообразования в процессе работы; отсутствие вращения сухого ЗЦМ при вращении дисков в номинальном режиме; отсутствие свободного истечения сухого ЗЦМ при неподвижных дисках; объем порции и стабильность истечения сухого ЗЦМ из выгрузной горловины дозирующего устройства.
В процессе исследования определены: масса отдозированного материала M, кг; сила тока I, А; напряжение U, В; cos ф электродвигателя.
Обработка результатов эксперимента проведена с использованием пакета MS Excel 2010, рассчитаны такие показатели как погрешность дозирования 5, %, производительность Q, кг/с и затраты мощности на процесс
дозирования N, Вт.
Результаты и обсуждение
В соответствии с программой и методикой экспериментальных исследований определены физико-механические свойства дозируемого сухого ЗЦМ: среднее значение плотности - 454 кг/м , влажности - 12,3%.
По результатам обработки полученных данных, при испытаниях дозатора с ворошителем 1, производительность составила равна Q = 70 г/с, средняя мощность на привод N=288 Вт.
Работа дозирующего устройства представлена тремя режимами. Первый - режим пуска, угловая скорость дисков от нулевой возрастает до номинальной, имеется угловое ускорение. Второй - номинальный режим, угловая скорость номинальная (постоянная), угловое ускорение отсутствует. Третий режим - остановки, угловая скорость снижается до нулевой, имеется угловое ускорение. На рисунке 3 видно влияние режима пуска на погрешность, при использовании ворошителя 1, а так же выход на номинальный режим. Средняя погрешность на процесс дозирования уменьшалась, в зависимости от времени дозирования, до значения 3,9 %.
12,00 ^ 11,00
§ 10,00
н
и 9,00
о
| 8,00 § 7,00 $ 6,00 | 5,00 & 4,00 ё 3,00 2,00
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Время дозирования, с
Рис. 3. График зависимости погрешности дозирования от времени работы дозатора с
ворошителем 1
На рисунке 4 представлен график зависимости времени работы дозатора при дозировании сухого ЗЦМ от необходимого объема приготовленного жидкого ЗЦМ. Максимальное время работы дозатора, при приготовлении смеси 80 литров жидкого ЗЦМ в соотношении 1:8 составляет 127 секунд, минимальное при приготовлении смеси 40 литров в соотношении 1:10 равно 51-ой секунде.
130
120
tf 110
к
| 100
о
СР
к
со
О «
S <и СР
m
90 80 70 60 50
12y = 1,5857x + 0,2857
^ 114 y = 1,4143x + 1 ^ 10y = 1,3143x - 0,5714
:r
А 1:08 1:09 1:10
40
—i— 50
—i— 60
—i— 70
—i 80
Объем приготовленной смеси ЗЦМ, л
Рис. 4. График зависимости времени работы дозатора с ворошителем 1 от необходимого объема приготовленного жидкого ЗЦМ
Результаты при испытаниях дозатора с ворошителем 2 показаны на рисунках 5 и 6. Средняя погрешность на процесс дозирования не превышала 3%, производительность составила Q = 90 г/с при средней мощности на привод N=226 Вт.
3,5
2
л н о о К
в
0 15
СР 1,5
U
о
с
1
y = 0,0029x3 - 0,0949x2 + 0,9107x - 0,5262
-Г" 8
10
1,6
12
—I—
14
16
Время дозирования, с
3
—I— 18
20
Рис. 5. График зависимости погрешности дозирования от времени работы дозатора с
ворошителем 2
6
Максимальное время работы дозатора с ворошителем 2, при приготовлении смеси 80 литров жидкого ЗЦМ в соотношении 1:8 составляет 98 секунд, минимальное при приготовлении смеси 40 литров в соотношении 1:10 равно 40 секундам.
105 95
0
1 85
к а
Я 75
СР
к
§ 65
<и СР
m
55 45 35
/ 98y = 1,2198x + 0,2198
.^86 88 У = 1,0879x + 0,7692
^ 80 ^^ У = 1,011x - 0,4396
^/4 ^^
А 1:08 ■ 1:09 ♦ 1:10
1 1 1 1
40
50
60
70
80
Объем приготовленной смеси ЗЦМ, л
Рис. 6. График зависимости времени работы дозатора с ворошителем 2 от необходимого объема приготовленного жидкого ЗЦМ
На графиках рисунки 4, 6 представлены линейные уравнения для настройки работы дозатора на заданный состав готовой смеси (1:8, 1:9, 1:10).
В результате исследования установлено, что сводоразрушение происходит при использовании обоих типов ворошителей, свободное истечение сухого ЗЦМ при неподвижных дисках не наблюдается. Вращение сухого ЗЦМ при вращении дисков, в номинальном режиме, не происходит. Производительность в 90 г/с наиболее приемлема при приготовлении смеси жидкого ЗЦМ.
Выводы
Условием качественной работы дискового дозатора является наличие ворошителя -отвечающего за стабильное истечение сухого ЗЦМ. С дисковым дозатором целесообразней использование ворошителя 2. При использовании ворошителя 2 произошел рост производительности с 70 до 90 г/с, при значительном снижении погрешности, по сравнению с применением ворошителя 1. Средняя мощность на привод при использовании ворошителя 2 составила 226 Вт, что на 20% меньше средней мощности при использовании ворошителя 1.
Получены уравнения для расчета времени работы дозатора от необходимого объема приготовленного жидкого ЗЦМ, при разном соотношении сухого ЗЦМ в составе готовой смеси, необходимые при разработке программы системы управления дозирующим устройством.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Радчиков В.Ф. Приловская Е.И. Кот А.Н., Цай В.П. Кормление телят в молочный период // Приоритетные и инновационные технологии в животноводстве -основа модернизации агропромышленного комплекса России: сборник научных статей. Ставрополь : АГРУС Ставропольского гос. аграрного ун-та, 2018. С. 276-282.
2. Редкозубова Л. Кормление телят в молочный период // Животноводство России. 2017. №3. С. 61-62.
3. Гвазава Д.Г. Заменители цельного молока в рационах кормления телок // Владимирский земледелец. 2010. №3 (53). С. 28-30.
4. Асафов В.А., Танькова Н.Л., Искакова Е.Л. Современные технологии производства высококачественных кормов для кормления молодняка сельскохозяйственных животных // Эффективное животноводство. 2019. №8 (156). С. 15-17. DOI: 10.24411/9999-007А-2019-1060
5. Абрамкова Н.В., Мошкина С.В. Эффективность различных схем кормления телят в молочный период // Вестник аграрной науки. 2020. №4(85). С. 37-41. DOI: 10.17238/issn2587-666X.2020.4.37
6. Федюк А.В. Опыт использования заменителя цельного молока // Сборник научных трудов Ставропольского научно-исследовательского института животноводства и кормопроизводства. 2014. Т3. №7. С. 287-290.
7. Турейко К.А. , Показатели живой массы молодняка молочного периода при использовании заменителей цельного молока // Научный журнал молодых ученых. 2021. №2 (23). С. 45-49.
8. Вторый С.В. Алгоритм процесса автоматического приготовления смеси жидкого ЗЦМ молодняку КРС // Агроинженерия. 2021. №1(106). С. 118-127. DOI: 10.24411/2713-2641-2021-10284
9. Вторый С.В. Влияние физико-механических свойств сухого ЗЦМ на конструктивные параметры бункера-дозатора // Агроэкоинженерия. 2020. №3(104). С. 94-100. DOI: 10.24411/0131-5226-2020-10258
10. Вторый В.Ф., Вторый С.В., Михайлов А.С. Свойства сухого заменителя цельного молока и установка для его дозирования // Труды 8-ймеждународной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (16-17 мая 2012 г.). Москва: ГНУ ВИЭСХ, 2012. Т 3. С. 143-147.
REFERENCES
1 Radchikov V.F., Prilovskaya E.I., Kot A.N., Tzai V.P. Kormlenie telyat v molochnyi period [Feeding calves during the milk period]. Prioritetnye i innovatsionnye tekhnologii v zhivotnovodstve - osnova modernizatsii agropromyshlennogo kompleksa Rossii: sbornik
nauchnykh statei [Priority and innovative technologies in animal husbandry are the basis for modernization of Russian agro-industrial complex: collection of scientific articles]. Stavropol': AGRUS Stavropol State Agrarian Univ., 2018: 276-282. (In Russian)
2. Redkozubova L. Kormlenie telyat v molochnyi period [Calf feeding during the suckling period]. ZhivotnovodstvoRossii. 2017. No.3: 61-62 (In Russian)
3. Gvazava D.G. Zameniteli tsel'nogo moloka v ratsionakh kormleniya telok [Whole milk replacers in heifer diets]. Vladimirskii zemledelets. 2010. No. 3 (53): 28-30 (In Russian)
4. Asafov V.A., Tan'kova N.L., Iskakova E.L. Sovremennye tekhnologii proizvodstva vysokokachestvennykh kormov dlya kormleniya molodnyaka sel'skokhozyaistvennykh zhivotnykh [Modern technologies for the production of high-quality feed for feeding young farm animals]. Effektivnoe zhivotnovodstvo. 2019. No. 8 (156): 15-17 (In Russian) DOI: 10.24411/9999-007A-2019-1060
5. Abramkova N.V., Moshkina S.V. Effektivnost' razlichnykh skhem kormleniya telyat v molochnyi period [Effectiveness of different feeding schemes of calves in dairy period]. Vestnik agrarnoi nauki. 2020. No. 4(85): 37-41 (In Russian) DOI: 10.17238/issn2587-666X.2020.4.37
6. Fedyuk A.V. Opyt ispol'zovaniya zamenitelya tsel'nogo moloka [Experience of use of whole milk substitute]. Sbornik nauchnykh trudov Stavropol'skogo nauchno-issledovatel'skogo instituta zhivotnovodstva i kormoproizvodstva. 2014. Vol. 3. No. 7: 287290 (In Russian)
7. Tureiko K.A., Pokazateli zhivoi massy molodnyaka molochnogo perioda pri ispol'zovanii zamenitelei tsel'nogo moloka [Indicators of live weight of young animals of the suckling period when using whole milk replacers]. Nauchnyi zhurnal molodykh uchenykh. 2021. No.2 (23): 45-49 (In Russian)
8. Vtoryi S.V. Algoritm protsessa avtomaticheskogo prigotovleniya smesi zhidkogo ZTsM molodnyaku KRS [Algorithm of automatic preparation of a mixture of liquid whole milk replacer for young cattle]. Agroinzheneriya. 2021. No. 1(106): 118-127 (In Russian) DOI: 10.24411/2713-2641-2021-10284
9. Vtoryi S.V. Vliyanie fiziko-mekhanicheskikh svoistv sukhogo ZTsM na konstruktivnye parametry bunkera-dozatora [Effect of physical and mechanical properties of dry whole milk replacer on construction parameters of the dosing hopper]. Agroekoinzheneriya. 2020. No. 3(104): 94-100 (In Russian) DOI: 10.24411/0131-5226-202010258
10. Vtoryi V.F., Vtoryi S.V., Mikhailov A.S. Svoistva sukhogo zamenitelya tsel'nogo moloka i ustanovka dlya ego dozirovaniya [Properties of dry whole milk replacer and installation for its dosing]. Proc. 8th Int. Sci. Tech. Conf. "Energy supply and energy saving in agriculture" (16-17 May 2012). Moscow: GNU VIESKh, 2012. Vol. 3: 143-147 (In Russian)
