CC BY
6
from the UNECE Task Force on Reactive Nitrogen. Edinburgh. 2014: 14-25.
14. Kang J.H., Lee S.J. Improvement of natural ventilation in a large factory building using a louver ventilator. Building and Environment. 2008. Vol. 43 (12): 2132-2141. DOI: 10.1016/j .buildenv.2007.12.013.
15. Gordeev V.V., Mironova T.Yu., Lantsova E.O. Ammonia emissions from cattle manure versus its quantity. Proc.17th Int. Sci. Conf. "Engineering for Rural Development". Jelgava, 2018: 261-264. DOI: 10.22616/ERDev2018.17N298.
16. Hu E., Sutitarnnontr P., Tuller M., Jones S. Modeling temperature and moisture dependent emissions of carbon dioxide and methane from drying dairy cow manure. Frontiers of Agricultural Science and Engineering. 2018. No 5: 280-286. DOI: 10.15302/J-FASE-2018215.
17. Vtoryi S.V., Lantsova E.O. Vliyanie temperatury vozdukha i vlazhnosti navoza na intensivnost' emissii gazov iz navoza krupnogo rogatogo skota [The effect of air temperature and manure humidity
on the intensity of gas emission from cattle manure]. Regionalnaya ekologiya. 2015. No. 5 (40): 43-45 (In Russian)
18. Sutitarnnontr P., Hu E., Tuller M., Jones S. Physical and thermal characteristics of dairy cattle manure. Journal of Environmental Quality. 2014. 43: 2115-2129. DOI: 10.2134/jeq2014.05.0212.
19. Khazanov E.E., Gordeev V.V., Khazanov V.E. Technology and mechanisation of dairy farming. Manual. Ed: Khazanov E.E. Saint Petersburg: Lan' Publishers. 2016: 352. (In Russian)
20. Briukhanov A.Yu., Kozlova N.P., Maksimov N.V. Sposob opredeleniya i monitoringa velichiny massovykh vybrosov zagryaznyayushchikh veshchestv v okruzhayushchuyu sredu iz zhivotnovodcheskogo pomeshcheniya i sistema ego osushchestvleniya [A method for determining and monitoring the value of mass emissions of pollutants into the environment from a livestock building and a system for its implementation]. Patent of RF No. 2477886. 2011 (In Russian)
УДК 631.363 Б01 10.24411/0131-5226-2020-10258
ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СУХОГО ЗЦМ НА КОНСТРУКТИВНЫЕ
ПАРАМЕТРЫ БУНКЕРА-ДОЗАТОРА
С.В. Вторый, канд. техн. наук
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) -филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
Разработка и внедрение автоматизированных установок для приготовления жидкого заменителя цельного молока (ЗЦМ), и, в частности, дозирования сухого ЗЦМ, при повышении надежности и снижении энергоемкости, являются одной из главных задач в механизации процессов кормления молодняка КРС. На сегодня, в условиях экономических санкций, актуально использование именно отечественных заменителей цельного молока для этих целей; при этом каждая тонна использованного сухого ЗЦМ на выпойку телят даст до 10 тонн свободного для реализации коровьего молока. Целью данного исследования является определение физико-механических свойств порошка ЗЦМ отечественного производства, необходимых для уточнения конструктивных параметров, которые влияют на технико-технологические характеристики разрабатываемой системы хранения и дозирования сухого ЗЦМ. На основе дискового дозатора предложена конструкция установки хранения и дозирования ЗЦМ, являющаяся этапом комплексной разработки системы автоматического приготовления и выдачи ЗЦМ с роботом-раздатчиком. Для уточнения конструктивных параметров установки хранения и дозирования, а также материала для изготовления бункера и дозатора были исследованы физико-механические свойства двух марок ЗЦМ
отечественного производства - Гроулак-16 и Бестмилк-16. В результате исследования уточнены такие физико-механические свойства сухого ЗЦМ как объемная масса - 470-500 кг/м3, влажность -5,4-9,8 %, угол обрушения - 67-75°, угол естественного откоса - 41-44°, коэффициенты внешнего трения по стали Ог3 - 0,48-0,55 и нержавеющей стали 304 - 0,34-0,45. Наиболее важными и определяющими технико-технологическими характеристиками являются точность дозирования, производительность и удельный расход энергии на процесс дозирования, которые связаны с коэффициентом внешнего трения. Коэффициент внешнего трения ЗЦМ по нержавеющей стали 304, ниже показателя по стали Ст3 в 1,2-1,4 раза. Целесообразно исследовать нержавеющие стали в качестве материала для изготовления основных элементов дозирующего органа.
Ключевые слова, кормление, дозирование, заменитель цельного молока, физико-механические свойства, дозатор.
Для цитирования: Вторый С.В. Влияние физико-механических свойств сухого ЗЦМ на конструктивные параметры бункера-дозатора // АгроЭкоИнженерия. 2020. № 3(104) . С.94-100
EFFECT OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF DRY WHOLE MILK REPLACER ON CONSTRUCTION PARAMETERS OF THE DOSING HOPPER
S.V. Vtoryi, Cand. Sc. (Engineering)
Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) - branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia
An important task in the mechanization of young cattle feeding is to develop and introduce into practice highly reliable automated installations with low energy intensity designed to prepare the liquid whole milk replacer including the dosing of dry milk replacer. In the context of current economic sanctions, the use of domestically-produced milk replacers for young cattle feeding is especially relevant. Moreover, each ton of dry milk replacer used for this purpose will yield up to 10 tons of cow's milk free for sale. The purpose of this study was to determine the physical and mechanical properties of the milk replacer powder of domestic manufacture. They are needed to identify more clearly the design parameters affecting the technical and technological characteristics of the developed storage and dosing system of dry milk replacer. The designed storing and dosing unit with a disk dispenser will be a part of an integrated system for automated preparation of milk replacer and robotic feeding of animals. To clarify the design parameters of the storing and dosing unit, as well as the manufacturing material of the hopper and dispenser, the physical and mechanical properties of two domestic milk replacers, Groulak-16 and Bestmilk-16, were studied. As a result of the study, the following physical and mechanical properties of dry milk replacer were specified: bulk density - 470 - 500 kg/m3, moisture content - 5.4 - 9.8%, caving angle - 67 - 75 °, angle of repose - 41 -44 °, external friction coefficients for steel St3 - 0.48 - 0.55 and for stainless steel 304 - 0.34 - 0.45. The most important and defining technical and technological characteristics are the dosing accuracy, productivity and specific energy consumption for the dosing process, which are related to the external friction coefficient of the milk replacer. This indicator for stainless steel 304 was 1.2-1.4 times lower than that for steel St3. So it is advisable to consider the stainless steel types as a manufacturing material of the main elements of the dosing device.
Key words: feeding, dosing, whole milk replacer, physical and mechanical properties, dispenser.
For citation: Vtoryi S.V. Effect of physical and mechanical properties of dry whole milk replacer on construction parameters of the dosing hopper. AgroEcoEngineering. 2020. No. 3(104): 94-100 (In Russian)
механизации
комплексы
современными
и
Введение
Рост поголовья сельскохозяйственных животных в хозяйствах страны и повышение их продуктивности не возможно без организации полноценного сбалансированного кормления. Нужно разрабатывать и внедрять новые средства и прогрессивные технологии, способствовать их совершенствованию, повышая надежность и уменьшая энергоемкость. Решающая роль в технологии производства продукции
животноводства принадлежит средствам автоматизации. Фермы и необходимо вооружать
автоматизированными и роботизированными установками, которые будут способствовать сокращению ручного труда, и повышать качество кормления за счёт строго контроля процесса приготовления кормов [1,2,3,4].
Разработка и внедрение
автоматизированных установок для
приготовления жидкого заменителя цельного молока (ЗЦМ) [1,2,3,4,5], и в частности дозирования сухого ЗЦМ, при повышении надежности и снижении энергоемкости, являются одними из главных задач в механизации процессов кормления молодняка КРС. Кормление молодняка ЗЦМ является так же трудоемким и ресурсозатратным, ввиду использования в большинстве хозяйств ручного способа дозирования порошка и как результат отсутствия точности при выполнении этого процесса, что может отрицательно сказаться на приросте живой массы и появлению ряда заболеваний у животных [6]. Необходимо отметить близость по составу коровьего молока
и ЗЦМ, но ЗЦМ имеет дополнительно ряд макро и микро добавок, с целью повышения питательности, а так же витаминов, что способствует повышению иммунитета животных
[7].
На сегодня актуально использование именно отечественных заменителей цельного молока, в условиях экономических санкций, для
кормления молодняка КРС, при этом каждая тонна использованного сухого ЗЦМ на выпойку, даст до 10 тонн свободного для реализации коровьего молока [8].
Целью данного исследования является определение физико-механических свойств порошка ЗЦМ, отечественных производителей, необходимых для уточнения конструктивных параметров влияющих на технико-технологические характеристики
разрабатываемой системы хранения и дозирования сухого ЗЦМ.
Материалы и методы
На основе дискового дозатора предложена конструкция установки хранения и дозирования ЗЦМ [9], являющаяся этапом комплексной разработки системы автоматического приготовления и выдачи ЗЦМ с роботом-раздатчиком [6]. Установка для хранения и дозирования ЗЦМ состоит из трех основных элементов (рисунок 1): бункера 1 для хранения запаса ЗЦМ, дозирующего органа 2 и системы управления дозированием 3-8. Процесс дозирования сухого ЗЦМ включает две технологические операции: истечение ЗЦМ из бункера 1 в дозатор 2, и выдача порции ЗЦМ дозатором в емкость 9.
Рис. 1. Схема установки хранения и дозирования ЗЦМ: 1- бункер; 2-дисковый дозатор; 3-регулятор уровня сыпучих сред; 4-уровневый
емкостной датчик; 5-программируемое реле с дисплеем; 6-индуктивный датчик числа оборотов диска дозатора; 7- блок питания; 8-двигатель привода дозатора; 9-емкость.
Дисковый дозатор (рисунок 2) состоит из корпуса 1, верхнего и нижнего дисков 2 и 3, которые соединены жестко осью 4. В дисках имеются отверстия в виде секторов 5. При неподвижных дисках, ЗЦМ поступает на верхний диск и через его сектор поступает на нижний диск, истечение прекращается когда частично заполнится междисковое пространство.
При включении привода дозатора диски начинают вращаться с угловой скоростью, но ЗЦМ на дисках остается неподвижным относительно самих дисков. Под действием гравитационных сил он высыпается через сектор нижнего диска и одновременно через сектор верхнего диска заполняется междисковое пространство.
Рис. 2. Дисковый дозатор: 1 - корпус; 2 - верхний диск; 3 - нижний диск; 4 - ось дисков; 5 - сектор диска.
Для уточнения конструктивных параметров производства представленного на рынке установки хранения и дозирования, а так же (Таблица 1). Гроулак-16 производства «Мустанг материала для изготовления бункера и дозатора Технологии Кормления» (Смоленская обл.) и [9], были исследованы физико-механические Бестмилк-16 производитель «Первомайский свойства двух марок ЗЦМ отечественного завод заменителя молока» (Нижегородская обл.).
Таблица 1
Спецификации заменителя цельного молока марок Гроулак-16 и Бестмилк-16
ЗЦМ Гроулак -16 Бестмилк -16
Период применения для с 21-го дня с 15-го дня
телят с рождения
Сырой протеин 20,0-22,00% 22,00%
Сырой жир 15,0-17,0% 16,0%
Углеводы 48,0-52,0% 52,0%
Сырая клетчатка 0,5-1,5% 0,5%
Влажность 4,0-5,0% 6,0-9,0%
Обменная энергия 4300-4600 ККал/кг 4410 ККал/кг
Исследования проводились в соответствии с действующими ГОСТами и методиками, обработка данных осуществлялась известными методами математической статистики с определением средних значений.
Результаты и обсуждение
К свойствам дозируемого материала, влияющими на конструкцию и
работоспособность установки относятся: плотность, влажность, угол обрушения, коэффициент внешнего трения и др. Полученные значения представлены в таблице 2
Таблица 2
Физико-механические свойства ЗЦМ Бестмилк16 и Гроулак 16
Наименование №1 Бестмилк16 №2 Гроулак 16
Объемная масса, кг/м3 474 501
Влажность, % 9,79 5,45
Угол естественного откоса, град 41,8 43,4
Угол обрушения материала, град 74,2 67,2
Угол насыпания, град 19,8 17,6
Коэффициент внешнего трения:
по стали ст3 0,544 0,487
по нержавеющей стали 304 0,449 0,342
Размер частиц, в процентах к массе навески, %
Размер ячейки сита, мм -0,63 3 3
0,5 69 44,5
0,315 26 38,5
0,16 2 12
0,08 0 2
Влажность является одним из наиболее важных свойств сухого ЗЦМ, в значительной степени влияющего на другие свойства, к которым относится объёмная масса, коэффициент трения, а так же на показатели работы дозатора - удельный расход энергии, точность дозирования и производительность. Так, в среднем, объемная масса для ЗЦМ №1 составила 474 кг/м3 при влажности 9,79 %, а для ЗЦМ №2 501 кг/м3 при влажности 5,45%. Угол обрушения составил 74,2° и 67,2°, угол естественного откоса 41,8° и 43,4°, для ЗЦМ №1 и №2 соответственно.
Исследование гранулометрического состава проводили методом ситового анализа, разделяя частицы ЗЦМ по крупности, устанавливая сита сверху вниз с размером отверстий от 0,62 мм до 0,08 мм. По результатам исследования (Таблица 2), рассматриваемые марки ЗЦМ относятся к группе порошкообразных (размер частиц от 0,05 до 0,5 мм). Основной состав 80-95%, это частицы размером от 0,5 до 0,3 мм, что значительно сказывается на снижении сыпучести и повышении вероятности сводобразования.
Расчетным путем, по результатам испытаний насыпных грузов на трибометре [10], получен коэффициент внешнего трения по материалам: сталь Ст3 и нержавеющая сталь 304. Существует возможность изготовления диска дозатора с использованием нержавеющей стали марки 304 коэффициент внешнего трения, для
которой составил 0,449 для ЗЦМ №1 и 0,342 для ЗЦМ №2, что значительно ниже, чем показатели полученные для стали Ст3 0,544 для ЗЦМ №1 и 0,487 для ЗЦМ №2, и которая рассмотрена ранее в качестве материала для изготовления диска дозатора [9].
Выводы
Физико-механическими свойствами
определяется характер истечения сухого ЗЦМ, угол наклона стенок бункера, диаметр дозирующего отверстия влияющего на сводообразование, которое приводит к снижению производительности дозатора вплоть до полного прекращения истечения дозируемого материала. Исследованиями уточнены эти свойства сухого ЗЦМ, необходимые при конструктивном расчете бункера-дозатора, для двух марок отечественного производителя: объемная масса - 470—500 кг/м3, влажность -5,4-9,8 %, угол обрушения - 67-75°, угол естественного откоса - 41—44°, коэффициенты внешнего трения по стали ст3 - 0,48-0,55 и нержавеющей стали 304 - 0,34—0,45.
Объемная масса производимого на текущий момент ЗЦМ значительно меньше ранее исследованных, это объясняется ростом среднего размера частиц состава порошка, который увеличился с 0,3 до 0,4 мм, при использовании других компонентов в производстве ЗЦМ. Так же, по результатам исследований выявлено не значительное превышение влажности ЗЦМ на
0,4-0,8%, относительно заявленной
производителем, что возможно обусловлено не правильным хранением на складах продавца.
Наиболее важными и определяющими технико-технологическими характеристиками являются точность дозирования,
производительность и удельный расход энергии на процесс
дозирования, которые связаны с коэффициентом внешнего трения. Коэффициент внешнего трения ЗЦМ по нержавеющей стали, ниже показателя по стали Ст3 в 1,2-1,4 раза. Целесообразно исследовать нержавеющие стали в качестве материала для изготовления основных элементов дозирующего органа.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Януков Н.В., Майоров А.В., Михеева Д.А., Эштуков И.В., Смирнова С.Т. Модернизированное молочное такси для выпойки телят // Вестник Марийского государственного университета. Серия «Сельскохозяйственные науки. Экономические науки». 2016. №4(8). С. 61-63.
2. Солонщиков П.Н. Анализ функционирования конструкции смесителя для приготовления кормовых смесей // Вестник НГИЭИ. 2016. №2(57) С. 81-88.
3. Рыспаев К.С. Основные результаты экспериментального исследования роторного диспергатора с оценкой качества диспергации заменителя цельного молока // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2014. № 3(47). С. 64-66.
4.Филинков А.С., Солонщиков П.Н., Обласов А.Н. Исследование эффективности процесса приготовления смесей в смесительной установке при непрерывном внесении компонентов // Вестник НГИЭИ. 2017. №3(70) С. 22-32.
5. Мохнаткин В.Г., Филинков А.С., Солонщиков П.Н. Результаты исследований смесительной установки сыпучих компонентов с жидкостью // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2013. №3(34). С. 65-68.
6. Вторый В.Ф., Вторый С.В., Ильин Р.М. Инновационная технология приготовления и выдачи заменителя цельного молока молодняку крупного рогатого скота// Агроинженерия. 2020. 4(98). С. 25-32.
7. Бакач Н.Г., Передня В.И., Кувшинов А.А., Романович А.А. Перспективная технология и оборудование для приготовления полнорационных легкоусвояемых кормов для молодняка КРС// Вестник ВНИИМЖ. 2017. №2(26). С. 65-69.
8. Асафов В.А., Танькова Н.Л., Искакова Е.Л. Анализ современных способов производства ЗЦМ для кормления молодняка сельскохозяйственных животных // Эффективное животноводство. 2019. С. №7(155). 74-78.
9. Вторый В.Ф., Вторый С.В., Михайлов А.С. Свойства сухого заменителя цельного молока и установка для его дозирования // Труды международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве». 2012. Т.3.С. 143-147.
10. Зенков Р.Л., Ивашков И.И., Колобов Л.Н. Машины непрерывного транспорта. М.: Машиностроение, 1987. 432 с.
REFERENCES
1 Yanukov N.V., Maiorov A.V., Mikheeva D.A., Eshtukov I.V., Smirnova S.T. Modernizirovannoe molochnoe taksi dlya vypoiki telyat [Upgraded dairy taxi for feeding calves]. Vestnik Mariiskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya
«Sel'skokhozyaistvennye nauki. Ekonomicheskie nauki» 2016. No. 4(8): 61-63 (In Russian)
2. Solonshchikov P.N. Analiz funktsionirovaniya konstruktsii smesitelya dlya prigotovleniya kormovykh smesei [The analysis of the design of the mixer for preparation of feed mixtures]. Vestnik NGIEI. 2016. No. 2(57): 81-88 (In Russian)
3. Ryspaev K.S. Osnovnye rezul'taty eksperimental'nogo issledovaniya rotornogo
dispergatora s otsenkoi kachestva dispergatsii zamenitelya tsel'nogo moloka [The results of experimental studies of rotor disperser and dispersion quality assessment of the whole milk replacer]. Izvestiya gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2014. No. 3(47): 64-66 (In Russian)
4.Filinkov A.S., Solonshchikov P.N., Oblasov A.N. Issledovanie effektivnosti protsessa prigotovleniya smesei v smesitel'noi ustanovke pri nepreryvnom vnesenii komponentov [Research of efficiency of process of preparation of mixtures in the mixing machine with the continuous introduction of components]. Vestnik NGIEI. 2017. No. 3(70): 2232 (In Russian)
5. Mokhnatkin V.G., Filinkov A.S., Solonshchikov P.N. Rezul'taty issledovanii smesitel'noi ustanovki sypuchikh komponentov s zhidkost'yu [The results of research of device for mixing of loose components with liquid]. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. 2013. No. 3(34): 65-68 (In Russian)
6. Vtoryi V.F., Vtoryi S.V., Ilyin R.M. Innovatsionnaya tekhnologiya prigotovleniya i vydachi zamenitelya tsel'nogo moloka molodnyaku krupnogo rogatogo skota [Innovative technology of milk replacer preparation for calf feeding]. Agroinzheneriya. 2020. No. 4(98): 25-32 (In Russian)
7. Bakach N.G., Perednya V.I., Kuvshinov A.A., Romanovich A.A. Perspektivnaya tekhnologiya i
oborudovanie dlya prigotovleniya polnoratsionnykh legkousvoyaemykh kormov dlya molodnyaka KRS [Advanced technology and equipment for preparation of complete easily digestible feed for young cattle]. Vestnik Vserossijskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta mekhanizacii zhivotnovodstva. 2017. No. 2(26): 65-69 (In Russian)
8. Asafov V.A., Tankova N.L., Iskakova E.L. Analiz sovremennykh sposobov proizvodstva ZTsM dlya kormleniya molodnyaka sel'skokhozyaistvennykh zhivotnykh [ Analysis of modern methods for producing the whole milk replacer for feeding young farm animals]. Effektivnoe zhivotnovodstvo. 2019. No. 7(155): 74-78 (In Russian)
9. 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 substitute and installation for its dosing] // Trudy mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii «Energoobespechenie i energosberezhenie v sel'skom khozyaistve» [Proc. Int. Sci. Tech. Conf. "Energy supply and energy saving in agriculture"]. 2012. vol. 3: 143-147 (In Russian)
10. Zenkov R.L., Ivashkov I.I., Kolobov L.N. Mashiny nepreryvnogo transporta [Machines for streamflow transportation]. Moscow: Mashinostroenie, 1987: 432 (In Russian)
УДК 631.171 Б01 10.24411/0131-5226-2020-10259
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОРМОВЫХ ДОБАВОК ДЛЯ КРС
Авакимянц Е.В. Гордеев В.В. , канд. техн. наук
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) -филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ
Применение белково-минерально-витаминных добавок в кормлении КРС обеспечивает сбалансированность рационов по питательности, макро и микроэлементам и витаминам. В ходе анализа рационов для коров из нескольких хозяйств Ленинградской области были выделены наиболее широко используемые кормовые добавки, включаемые в рационы в расчете 10-300 г/гол. Одной из важнейших задач при использовании кормовых добавок является обеспечение равномерности их распределения в полнорационной кормосмеси. Целью данного исследования
