УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК

НАЦІОНАЛЬНИЙ НАУКОВИЙ ЦЕНТР

“ІНСТИТУТ МЕХАНІЗАЦІЇ ТА ЕЛЕКТРИФІКАЦІЇ

СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА”

(ННЦ “ІМЕСГ”)

Банга Василь Іванович

УДК 631.22.014:636.084.74

Обґрунтування та оптимізація параметрів мобільного роздавача-дозатора концентрованих кормів для індивідуальної нормованої годівлі корів

05.05.11– машини і засоби механізації сільськогосподарського

виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Глеваха –2006

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано у Львівському державному аграрному університеті.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, професор Сиротюк Валерій Миколайович

Львівський державний аграрний університет, професор кафедри

механізації і автоматизації в тваринництві

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Брагінець Микола Володимирович,

Луганський національний аграрний університет, завідувач кафедри

“Механізація виробничих процесів у тваринництві”

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник лабораторії

лабораторії механізованих технологічних процесів в тваринництві

і птахівництві, Кузьміч Ярослав Анатолійович, Національний науковий

центр “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства”

Провідна установа: Національний аграрний університет Кабінету Міністрів України,

м. Київ.

Захист відбудеться “25” жовтня 2006 року о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 27.358.01 в Національному науковому центрі “Інсти-тут механізації та електрифікації сільського господарства” за адресою: 08631, Київсь-ка обл., Васильківський р-н, смт. Глеваха, вул. Вокзальна, 11, кім. 613.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного наукового центру “Інсти-тут механізації та електрифікації сільського господарства” за адресою: 08631, Київсь-ка обл., Васильківський р-н, смт. Глеваха, вул. Вокзальна, 11, кім. 205.

Автореферат розісланий “22” вересня 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Адамчук В.В.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Збільшення виробництва молока з мінімальними затратами залежить як від продуктивності корів, так й від технології їх утримання, повноцінної годівлі і збалансованості кормів, використання сучасних технічних засобів механізації і автоматизації технологічних процесів. Тому тваринництву сьогодні вкрай потрібні відповідні засоби для індивідуально-нормованої годівлі, які б забезпечували необхідну продуктивність, рівномірність і точність дозування з мінімальними затратами.

Одним із важливих показників роботи роздавачів-дозаторів комбікормів є продуктивність, рівномірність і точність дозування, відповідність їх зоотехнічним вимогам. У технологічному обладнанні, яке застосовується для роздавання сипучих кормів, використовуються енерго– і металоємні дозувальні пристрої в яких відхилення рівномірності й точності дозування перевищують встановлені зоотехнічні вимоги до технологічного процесу. Тому розробка, обґрунтування та оптимізація конструктивно-технологічних параметрів і режимів роботи індивідуального роздавача-дозатора комбікормів, який здатний забезпечити зоотехнічні вимоги індивідуальної годівлі є актуальними.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у Львівському державному аграрному університеті (ЛДАУ) в 1998–2005 рр. відповідно до державної науково-технічної програми “Технології та комплекси машин для виробництва і пе-р-винної переробки продукції тваринництва”, зокрема п.1.1.15 “Розробка засобів індивідуально-до-зованої видачі концентрованих кормів при стійловому утриманні корів”, і є складовою частиною комплексної теми факультету механізації сільського господарства “Розробка, впро-вад-же-н-ня енергозберігаючих механізованих процесів, технологій і систем аграрного виробництва та тех-нічних засобів їх реалізації” (номер державної реєстрації 0100U002333) на період 2001–2005 рр.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності процесу індивідуального роздавання і дозування комбікормів шляхом вдосконалення конструкції роздавача-дозатора, обґрунтування й оптимізація його конструктивно-технологічних параметрів і режимів роботи.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- проаналізувати способи й засоби роздавання і дозування сипучих кормів для прив’язної і бе-зприв’язної технологій утримання корів, окреслити напрями удосконалення індивідуального роз--давача-дозатора, обґрунтувати та оптимізувати конструкцію і тип його дозувальних робочих органів;

- провести теоретичні дослідження процесу витікання комбікорму з випускної гор-ло-ви-ни бункера індивідуального роздавача-дозатора;

- провести теоретичні дослідження процесу дозування конусного та ко-нус-но-лопатевого робочих органів індивідуального роздавача-дозатора ком-бікормів;

- дослідити вплив продуктивності та швидкості руху індивідуального роздавача-до-затора на тривалість роздавання за різних норм видачі комбікорму на даванку і фронту годівлі, встановити взаємозв’язок між його конструктивно-технологічними параметрами та швидкістю руху;

- визначення фізико-механічних характеристик комбікормів та вста-нов-лен-ня їх впливу на процес дозування;

- провести експериментальні дослідження процесу дозування комбікорму ко-нусного та конусно-лопатевого ро-бочих органів індивідуального роздавача-дозатора, обґрунтувати й оптимізувати їх конструктивно-технологічні параметри і режими роботи;

- розробити виробничий зразок індивідуального роздавача-дозатора комбікормів, провести його експериментальні дослідження в виробничих умовах;

- оцінити економічну ефективність автоматизованого індивідуального роз-давача-дозатора комбікормів.

Об’єктом дослідження є технологічний процес індивідуального дозування й роздавання розсипних комбікормів і роздавач-дозатор з робочими органами конусного та конусно-лопатевого типу.

Предметом дослідження є встановлення закономірностей між конструктивно-технологічними параметрами і режимами роботи індивідуального роздавача-дозатора комбікормів і їх впливом на ефективність процесу дозування.

Методи дослідження. Теоретичні та експериментальні дослідження інди-ві--

дуального роздавача-дозатора проводились з використанням законів кінематики і динаміки та застосуванням тензометрії, методів планованого експерименту, прикладного програмування, статистичної обробки результатів досліджень з використанням ПЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

- удосконалено математичну модель процесу витікання комбікормів (живлення дозатора) для розробленої конструкції бункера роздавача-дозатора;

- дістали подальшого розвитку аналітичні залежності для моделювання процесу дозування, потужності процесу дозування конусним і конусно-лопатевим робочими органами;

- дістали подальшого розвитку обґрунтовання та оптимізація конструктивно-технологічних параметрів і режимів роботи конусного та конусно-лопатевого дозувальних робочих органів;

- дістали подальшого розвитку математичні залежності продуктивності та швидкості руху інди-ві-ду-аль-ного роздавача-дозатора від тривалості роздавання за різних норм видачі комбікормів і фронту годівлі.

Новизна технічних рішень, прийнятих під час розробки індивідуального роздавача-дозатора комбікормів з конусно-лопатевим робочим органом захищена чотирма деклараційними патентами України на винаходи № 40997,

№ 48479, № 52059, № 70691.

Практичне значення одержаних результатів. Одержані теоретичні та експериментальні результати досліджень знайшли практичне застосування при розробці конструкції виробничого зразка автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора комбікормів, обґрунтуванні й оптимізації його конструктивно-технологічних параметрів і режимів роботи, що дає можливість забезпечити нерівномірність видачі комбікорму в межах 1,66–4,8 % відповідно до зоотехнічних вимог на технологічний процес дозування.

У виробничих умовах експериментальні дослідження автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора комбікормів проводились на тваринницькій фермі ВРХ в ДП НДГ “Дублянський” Жовківського району Львівської області. Роздавач-дозатор та елементи наукових досліджень використовуються в навчальному процесі ЛДАУ.

Особистий внесок здобувача. Основні дослідження проведені автором осо-бис-то, а саме: розроблено конструкції індивідуального дозатора та автоматизованого роздавача-до-за-тора ком-бікормів з конусним і конусно-лопатевим робочими орга-на-ми; вимірювачів по-то-ку сипучих матеріалів для до-с-лід-ження нерівномірності вида-чі та крутного моменту для визначення поту-жності процесу дозування комбікорму; отримано аналітичні залежності для моделювання про-цесу дозування конус-ного та конусно-лопатевого дозувальних робочих органів, вста-новлено залежності для виз-начення продук-тив-но-сті і потужності процесу дозування ком-бікорму від конс-т-ру-к-тивно-технологічних і режимних параметрів; отримано математичні залежності для визначення про-дук-тивності і швидкості руху інди-відуального роздавача-доза-то-ра за різних норм видачі комбікормів на даванку та різних типорозмірів твари-но-міс-ця; експериментально обґрунтовано кут твірної конуса при його основі та кільцевий зазор між випускною горловиною бункера і дозувальним робочим органом індиві-ду-ального дозатора за різної частоти його обер-тання; обґрунтовано та опти-мі-зовано конструктивно-технологічні параметри і режими роботи конусно-лопатевого робо-чо-го органу індивідуального роздавача-дозатора комбікормів; експе-риментально вста-нов-лено залежність нерівномірності видачі комбікорму конусним і конусно-лопатевим дозу-ва-льними робочими орга-на-ми від конструктивно-технологічних і ре-жимних параметрів; обґрунтовано ст-ру--к-турну схему підсистеми автоматизованої системи управління технологічним про-цесом (АСУ ТП) роздавання ком-бікормів автоматизованим індивідуальним роз-да-ва-чем-дозатором; розроблено методику інженерного розрахунку параметрів роз-да-вача-дозатора; експериментально досліджено вплив норми видачі ком-бікорму на точність дозування у виробничих умовах; подано методику оцінки економічної ефективності роздачі комбікормів автоматизованим індивідуальним роздавачем-дозатором.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати досліджень, за темою дисертації доповідались й отримали позитивну оцінку на: IХ Мі-жнародному си-м-по-зіумі з машинного доїння сільськогосподарських тварин (м. Оренбург, 1997 р.); Між-на---ро-д-ній науково-практичній конференції “Механізація і автоматизація технологічних процесів у молочному скотарстві” (м. Львів, 1999 р.); Міжнародній науково-технічній конференції ННЦ “ІМЕСГ” “Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві” (с.м.т. Глеваха, 2002р.); Міжнародному сим-по--зіумі з машинного доїння корів ВАТ “Брацлав” (с.м.т. Бра-цлав, 2004р.); Міжнародній науково-практичній конференції “Агромех –2004” (м. Львів, 2004р.); звітних наукових конференціях аспірантів та здобувачів ЛДАУ (м. Львів, 2000–2004рр.); на розширеному засіданні наукового семінару кафедри механізації і автоматизації в тваринництві Львівського державного аграрного університету (Львів, 2005 р

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 17 наукових праць, з них у фахових виданнях – 10, одна стаття у науковому журналі, чотири наукові праці є одно-осібними, отримано чотири деклараційні патенти України на винаходи. Загальний обсяг публікацій становить 4,68 друк. арк., з яких 3,52 друк. арк. є особистим доробком автора.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Основний зміст дисертації викладено на 170 сторінках машинописного тексту, вона складається з вступу, п’яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел (139 найменувань, з них 11 іноземною мовою) та додатків, містить 69 рисунків, 24 таблиць і 94 сторінок додатків.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету та поставлено задачі досліджень, окреслено наукову новизну і практичне значення отриманих результатів наукових досліджень.

У першому розділі “Стан питання механізації і автоматизації індивідуальної годівлі” проведено аналіз існуючих способів і засобів годівлі, роздавання і дозування сипучих кор-мів, конструкцій роздавачів і дозаторів, огляд теорій витікання сипучих кормів із бункерів у процесі їх дозування і роздавання; визначено задачі дослідження та шляхи їх вирішення для досягнення поставленої мети. На основі аналізу наукових праць відомих вчених зап-ро-по-новано нову класифікацію індивідуальних дозаторів сипучих кормів, що вико-ристовуються в сільському господарстві. Вагомий вклад у вирішення проблеми зробили такі відомі вчені, як

І. І. Ревенко, С.В. Мельников, Г.М. Кукта, В.Г. Коба, Б.В. Кононов, М.В. Брагінець, Я.А. Кузьміч, В.С. Симанович, В. Р. Краусп, Л. Я. Степук, Ю.Д. Відінєєв, С.П. Орлов, В.І. Лобанов, Г.Г. Палкін, А.А. Мансуров, та ін.

Аналіз проведених раніше досліджень показав, що технологічний процес роз-да-вання і дозування сухих сипучих комбікормів вивчений ще недостатньо. Відомі кон-с-трукції роздавачів і дозаторів сипучих кормів частково не відповідають зоотех-ніч-ним вимогам на процес дозування комбікормів, є складними в конструкції та регулюванні норми видачі і метало– та енергоємними, що вимагає розробки нового, ефективнішого автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора комбікормів.

У другому розділі “Теоретичні дослідження індивідуального роздавача-до-за-тора комбікормів” на основі аналізу існуючих тенденцій розвитку роздавачів і до-за-торів си-пу-чих кормів було обґрунтовано й створено нову конструкцію автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора комбікормів з конусно-лопатевим робочим органом (рис.1).

Для розробленої конструктивно-технологічної схеми індивідуального роздавача-дозатора комбікормів виконано аналітичне дослідження технологічного процесу дозування з метою обґрунтування та оптимізації його конструктивно-технологічних і режимних параметрів та випускної горловини бункера.

Для бункера прямокутного перерізу (рис. 2, а, б) із конусною насадкою з діаметром D (рис. 2, в) виведено диференціальне рівняння дії сил на елементарний об’єм комбікорму:

. (1)

де – тиск комбікорму, Па; – висота елементарного об’єму комбікорму, м; –

діаметр насадки випускної горловини бункера, м; – густина ком-бі-кор-му, кг/м3; – при-с-корення віль-ного падіння, м/с2; – прискорення матеріальної точки, м/с2; – коефіцієнт тертя комбікорму у стінки бункера, м; – кут упа-ку-вання кульок комбікорму, град.

де – константа; – відстань від початку координат до довільного перерізу, м.

Відповідно продуктивність насадки випускної горловини бункера індивідуального роздавача-дозатора комбікормів розраховується за формулою

, (3)

де Qбун– продуктивність насадки випускної горловини бункера індивідуального роздавача-дозатора комбікормів, кг/с; – значення тиску за , Па; – функції змінної ; – висота бункера, м.

Аналіз рівняння (3) показує, що зі збільшенням діаметра насадок випускної горловини бункера в межах D = 0,1…0,16 м продуктивність зростає від Qбун= 3,12 до Qбун= 14,31 кг/с і має майже прямолінійний характер. Встановлено, що використання діаметра випускної горловини бункера в межах D = 0,1…0,16 м забезпечить стабільний режим живлення робочого органу індивідуального роздавача-дозатора.

Для розробки аналітичної моделі продуктивності дозатора розглянуто рух ма-те-рі-а-льної точки М (рис. 3) по поверхні конусно-лопатевого дозувального робочого органу твір-на якого нахилена під кутом . На матеріальну точку М, розміщену на дозувальному ро-бочому органі, діє радіальна складова швидкості , яка напрямлена вздовж твірної оди-ни-чного вектора, та дотична складова швидкості, а схема сил, що діють на елементарний об’єм комбікорму на конусно-лопатевому дозувальному робочому органі, наведена на рис. 4.

Розглядаючи виділений елемент ком-бі-корму як матеріальну точку, складали диферен-ціальне рівняння його руху. Згідно з прин-ципом незалежності дії сил можна записати:

, (4)

де m – маса елементарної частинки комбі корму, кг; a – прискорення матеріальної точки М, м/с2 ; G – вага елементарного об’єму, Н; F1T – сила внутрішнього тертя ковзання, Н; F2T – сила тертя між частинкою комбікорму і конусним робочим органом, Н; F3T – сила тертя, Н; N – нормальна реакція, Н; N2 – нормальна сила, Н; p – тиск, Па; S0 – площа поперечного перерізу об’єму комбікорму в плані, м2.

об’єму комбікорму, м.

Сила тертя між частинкою комбікорму і конусним дозувальним робочим органом визначається за формулою

, (6)

де f2 – зовнішній коефіцієнт тертя ковзання між елементарним об’ємом комбікорму і конусним дозувальним робочим органом.

Сила тертя, яка напрямлена протилежно до радіального напряму, визначається за формулою

, (7)

Сила внутрішнього тертя ковзання, яка напрямлена протилежно до вектора абсолютної швидкості, визначається за формулою

, (8)

де – коефіцієнт внутрішнього тертя ковзання (зчеплення); – кут твірної конуса при його основі, град.

Кінцеве диференціальне рівняння для визначення швидкості руху матеріальної частинки комбікорму відносно лопаток записується у вигляді:

, (9)

де – кінцеве значення радіальної складової швидкості руху елементарної частинки комбікорму, м/с; , – абсолютна і відносна швидкість руху матеріальної частинки комбікорму, м/с; N1, N3 – сили, що діють на одиницю площі, Па; – кутова швидкість обертання конусно-лопатевого робочого органу, рад/с; l – відстань від вершини конуса до точки М, м.

Продуктивність роздавача-дозатора комбікормів розраховували за формулою

, (10)

де Qкл – продуктивність роздавача-дозатора комбікормів, кг/с; Dкл – діаметр конусно-лопатевого робочого органу, м.

Результати аналітичного моделювання продуктивності індивідуального роздавача-дозатора з конусно-лопатевим робочим органом показано на рис. 5, 6.

У результаті моделювання для умов, коли коефіцієнт внутрішнього тертя ко-в-зання – 0,445 та зовнішнього тертя між елементарним об’ємом комбікорму і ро-бо-чим органом – 0,643, теоретична продуктивність конусного робочого органу в діа-па-зо-ні зміни кутів тві-рної конуса при його основі – 0–200, кільцевого зазору між ви-пу-с-кною горловиною бункера і дозувальним робочим органом – 0,004–0,008 м, частот його обертання – 0,28–1,39 с-1 та зафіксованого діаметра робочого органу 0,11 м знаходилась у діапазоні 2,0–75,0•10-3 кг/с. Теоретична продуктивність конусно-лопатевого робочого органу при обґрунтованих кон-с-труктивно-технологічних параметрах конусного робочого органу в діапазоні зміни ви-соти ло-паток 0,005–0,011 м їх кількості 1–3 шт., частоти обертання робочого органу – 1–2,5 с-1 знаходилась в діапазоні – 70,1–558•10-3 кг/с. Найвищу продуктивність (0,558 кг/с) було отри-мано за частоти обертання ро-бочого органу 2,5 с-1 та його діаметра 0,2 м, висоти лопаток 0,008 м їх кількості 2 шт.

Виведена аналітична модель потужності процесу дозування комбікормів конусно-лопатевим робочим органом, яка розраховується за формулою

, Вт (11)

де Z – кількість лопаток, шт.; hл – висота лопаток, м; – кінцеві значення радіальної і поперечної складової швидкості руху елементарної частинки комбікорму, м/с; mкл – маса конусно-лопатевого дозувального робочого органу, кг; fn – коефіцієнт тертя в підшипниках; dn – діаметр підшипника, м.

Результати аналітичного моделювання потужності процесу дозування конусно-лопатевим робочим органом показані на рис. 7, 8.

У результаті моделювання формули (11) встановлено, що максимальна потужність процесу дозування індивідуальним роздавачем-дозатором з конусно-лопатевим робочим органом досягається за частоти обертання n = 2,5 с-1 та його діаметра Dкл = 0,2, висоти лопаток hл= 0,008 м їх кількості Z = 3 шт. і становить

Nкл = 7,02 Вт.

Розроблено номограму для визначення режимів роботи індивідуального роздавача-дозатора комбікормів (рис. 9).

Рис.9. Номограма для визначення режимів роботи індивідуального роздавача-дозатора комбікормів.

За максимальної продуктивності роз-давача-дозатора 0,558 кг/с, норми видачі комбікорму 2,0 кг та фронту годівлі 1,2 м швидкість його руху, тривалість роздавання і частота обертання конусно-лопатевого дозувального робочого органу становлять відповідно 0,33 м/с, 3,5 с, 2,5 с-1.

У третьому розділі Програма і методика експериментальних досліджень інди-відуального дозатора та роздавача-дозатора комбікормів” описано експе-ри-мен-та-льні установки, методики проведення і обробки результатів експериментальних досліджень, обґрунтування та оптимізацію конструктивно-технологічних параметрів і режимів роботи індивідуального дозатора та роздавача-дозатора.

Програмою експериментальних досліджень передбачено вирішення нас--ту-п--них задач: визначення фізико-механічних характеристик комбікормів та вста-нов-лення їх впливу на процес дозування; виявлення ва--го--мості чинників, що впливають на продуктивність дозатора; обґрунтування конс-т-руктивно-тех-ноло-гіч-них і режи-м-них параметрів конусного робочого органу та дос-лідження його на нерівномірність видачі комбікорму; дослідження впливу зміни висоти ло-па-ток їх кількості, частоти обертання та діаметра конусно-лопатевого робочого органу на продуктивність, потужність процесу дозування і нерів-но-мір-ність видачі комбікорму; обґрун-тування та оптимізація конструктивно-технологічних пара-мет-рів і режимів роботи ко-ну-с-но-лопатевого робочого органу; дос-лі-дження автома-тизованого індиві-ду-а-ль-ного роздавача-доза-тора комбі-кормів з конусно-лопатевим робочим органом в виробничих умовах.

У лабораторних умовах досліджували та визначали фізико-механічні харак-теристики розсипних комбікормів – вологість, гранулометричний склад, густину, кут природного відкосу. Лабораторні та виробничі дослідження індивідуального дозатора та роздавача-дозатора проведено тільки на комбікормі, оскільки зерно фуражної пшениці нераціонально згодовувати тваринам у чистому вигляді.

Для проведення експериментальних досліджень використано стандартизоване обладнання, а також розроблено і виготовлено кроковий електродвигун постійного струму з електричною схемою керування, пристрій для вимірювання маси комбікорму в бункері роздавача-дозатора, вимірювачі крутного моменту та потоку сипучих матеріалів, установки індивідуального дозатора та роздавача-дозатора

Загальний вигляд індивідуального роздавача-дозатора комбікормів для дослідження конусно-лопатевого дозувального робочого органу наведено на рис. 10.

Досліджувалися робочі органи конусного та конусно-лопатевого типу з кутами твірної конуса при його основі 0–200, діаметрами 0,11; 0,155; 0,2 м, висотою лопаток 0,005–0,011 м і кількістю 1–4 шт.

З метою визначення незначущих факторів, що впливають на критерій опти-мізації, проведено відсівний експеримент методом випадкового балансу. За критерій оптимізації прийнято продуктивність індивідуального дозатора ком-бі-ко-рмів. Факторами були частота обертання робочого органу та його діаметр; висота лопаток та їх кількість; кут твірної конуса при його основі; маса комбікорму в бункері дозатора; кільцевий зазор між випускною горловиною бункера і робочим органом; кут природного відкосу.

Для обґрунтування та оптимізації конструктивно-технологічних параметрів і режимів роботи індивідуального дозатора і роздавача-дозатора з конусним та конус-но-лопатевим робочими органами вико-рис-товувався метод планованого бага-то-фак-торного експерименту.

За критерій оптимізації прийнято енергоємність, продуктивність, потужність процесу дозу-вання та нерів-номір-ність видачі комбікорму. Факторами, які впливають на критерій оптимізації, були: кут твірної конуса при його основі; кільцевий зазор між випускною горловиною бункера і робо-чим органом; висота лопаток та їх кількість; частота обертання робочого органу та його діаметр.

У четвертому розділі Аналіз результатів експериментальних досліджень індиві-ду-ального дозатора та роздавача-дозатора комбікормів” наведено результати експериментальних досліджень інди-ві-дуального дозатора та роздавача-дозатора комбікормів в лабораторних і виробничих умовах.

У результаті відсівного експерименту встановлено, що маса комбікорму в бункері дозатора та кут природного відкосу на критерій оптимізації значного впливу не мають, а решта факторів є вагомими.

У результаті обробки експериментальних даних одержали математичну модель другого порядку для енергоємності індивідуального процесу дозування з конусним робочим органом:

, Вт•c/кг, (12)

де n – частота обертання конусного дозувального робочого органу, с-1; ? – кут твірної конуса при його основі, град.; h – кільцевий зазор між випускною горловиною бункера і робочим органом, м.

Аналіз рівняння регресії (12) показав, що оптимальним є кут твірної конуса при його основі – 200 та кільцевий зазор між випускною горловиною бункера та робочим органом – 0,008 м. Енергоємність процесу дозування за частоти обер--тання робочого органа 1,39 с-1 становила 4,58 Вт•с/кг.

В результаті обробки експериментальних даних одержали математичні моделі другого порядку для визначення продуктивності, потужності процесу дозування та нерівномірності видачі комбікорму індивідуальним роздавачем-дозатором з конусно-лопатевим робочим органом:

кг/с; (13)

, Вт. (14)

,%. (15)

Одержані математичні моделі досліджувались за допомогою програмного па-ке-та Mathcad 2000. Геометричні поверхні відгуків критеріїв оптимізації наведені на рис. 11.

Рис. 11. Геометричні поверхні відгуків (а) продуктивності Qкл, (б) потужності процесу дозування Nкл (в) нерівномірності видачі комбікорму ? конусно-лопатевим дозувальним робочим органом для вивчення впливу факторів, висоти лопаток hл та їх кількості Z при фіксованих значеннях частоти обертання робочого органу n = 2,5 с-1 та його діаметра Dкл = 0,2 м.

На підставі вирішення компромісних задач оптимізовано конструктивно- технологічні параметри конусно-лопатевого робочого органу індивідуального роздавача-дозатора комбікормів: висота лопаток hл = 0,008 м, кількість Z = 2шт.

При оптимізованих конструктивно-технологічних параметрах продуктивність роздавача-дозатора становила Qкл = 545,32•10-3 кг/с, потужність процесу дозу-ван-ня Nкл = 6,554 Вт, нерівномірність видачі комбікорму ? = 1,7 %.

Для обґрунтування конструктивно-технологічних параметрів і режимів роботи індивідуального роздавача-дозатора з конусно-лопатевим робочим органом були проведені експериментальні дослідження. Встановлено вплив зміни частоти обертання та діаметра на продуктивність, потужність процесу дозування і не-рівномірність видачі комбікорму за обґрунтованих та оптимізованих конструктивно-технологічних параметрів конусного та конусно-лопатевого робочих органів. Одержані математичні моделі для визначення продуктивності, потужності процесу дозування і нерівномірності видачі комбікорму:

,·10-3 кг/с; (16)

, Вт; (17)

, %. (18)

Показано графічні залежності (рис. 12), які характеризують продуктивність, потужність процесу дозування та нерівномірність видачі комбі-корму конусно-лопатевим робочим органом від частоти його обертання та діаметра.

Аналіз експериментальних даних показав, що максимальна продуктивність і мінімальна нерівномірність видачі комбікорму конусно-лопатевим робочим органом за діаметра Dкл = 0,2 м і частоти обертання n = 2,5 с-1 становить 545,53·10-3 кг/с і 1,66 %. Різниця між даними експериментальних досліджень і результатів теоретичного моделювання не перевищує в середньому 9%.

Результати експериментальних досліджень автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора у виробничих умовах показали, що на точність дозування задана норма видачі комбікормів на даванку впливає несуттєво. За частоти обертання конусно-лопатевого робочого органу 2,5 с-1 точність дозування змінюється в межах 1,64–1,52 %, що задовольняє зоотехнічні вимоги на технологічний процес дозування комбікормів.

У п’ятому розділі “Економічна ефективність роздачі комбікормів авто-ма-ти-зованим індивідуальним роздавачем-дозатором ” відтворена економічна оцінка, яка по-казує, що впро-вад-ження автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора ко-м-бікормів у складі АСУ ТП виро-б-ництва молока при роздаванні комбікормів до-зволить одержати очікуваний річний економічний ефект з розрахунку на 100 ко-рів. Економія комбікормів складатиме до 138,24 ц, електроенергії – 90,34 кВт, затрат пра-ці – 2737,5 люд.-год., при цьому одержано технологічний ефект від приросту ви-роб---ництва молока в кількості 99,54 ц. Сумарний очікуваний економічний ефект за рік становить 28957 грн., а економічний ефект на одну корову складає 289,57 грн./рік.

висновки

1. Найбільш ефективним способом годівлі дійних корів залежно від їх продуктивності при прив’язній і безприв’язній технологіях утримання є індивідуальна нормована годівля. Годівлю дійних корів найефективніше здійснювати повнораціонними комбікормами, оскільки вони є найпоживнішими. Це дозволяє підвищити продуктивність корів на 25–30%.

2. Із проведеного аналізу існуючих засобів для роздавання і дозування сипучих кормів при прив’язній і безприв’язній технологіях утримання відомо, що конструкції роздавачів і дозаторів частково не задовольняють зоотехнічним вимогам на процес дозування комбікормів, складні за конструкцією і в регулюванні норми видачі, метало- та енергоємні, мають значну вартість.

3. На основі багатокритеріального аналізу типів конструкцій дозаторів для дозування сипучих ма-теріалів встановлено, що вимогам, які ставляться до процесу дозування комбікормів для інди-відуальної нормованої годівлі відповідає конусний і конусно-лопатевий дозувальні робочі органи.

4. Для забезпечення належного режиму живлення дозатора самопливним способом діаметр насадки випускної горловини бункера повинен становити 0,1…0,16 м.

5. Виконані аналітико-теоретичні дослідження процесу дозування комбікормів дають можливість визначити теоретичну продуктивність і потужність процесу дозування індивідуальним дозатором з конусним та конусно-лопатевим робочими органами залежно від частоти обертання, кута твірної конуса при його основі, кільцевого зазору між випускною горловиною бункера і робочим органом, висоти лопаток та їх кількості, діаметра робочого органу та обґрунтувати конструктивно-технологічні і режимні параметри дозатора.

6. На основі проведених теоретичних досліджень одержано аналітичні залежності, які дають можливість узгодити продуктивність і швидкість руху індивідуального роздавача-дозатора комбікормів з тривалістю роздавання та частотою обертання конусно-лопатевого дозувального робочого органа за різних норм видачі та фронту годівлі. За максимальної продуктивності роздавача-дозатора 0,558 кг/с, норми видачі комбікорму 2,0 кг та фронту годівлі 1,2 м швидкість руху, тривалість роздавання і частота обертання конусно-лопатевого дозувального робочого органу становлять відповідно 0,33 м/с, 3,5 с, 2,5 с-1.

7. Експериментально встановлено, що зміна кута природного відкосу розсипних комбікормів в межах від 33 до 400 впливає на продуктивність індивідуального дозатора несуттєво і може не братись до уваги в інженерних розрахунках параметрів дозувальних робочих органів.

8. Експериментально встановлено, що зміна частоти обертання, кута твірної конуса при його основі і кільцевого зазору між випускною горловиною бункера і робочим органом індивідуального дозатора з конусним робочим органом, призводить до збільшення енергоємності процесу дозування від 0,87 до 5,15 Вт·с/кг. Для забезпечення максимальної продуктивності конусного робочого органу з мінімальною енергоємністю процесу дозування кут твірної конуса при його основі становить 200, кільцевий зазор між випускною горловиною бункера і конусним робочим органом – 0,008 м , частота його обертання – 1,39 с-1.

9. У результаті планованих багатофакторних експериментів одержано рів-няння регресії для визначення продуктивності, потужності процесу дозування та не-рівномірності видачі комбікорму конусно-лопатевим дозувальним робочим органом залежно від висоти лопа-ток, їх кількості, час-тоти обертання робочого органу та його діаметра. Аналіз мате-ма-тичних моделей дозволив встановити оптимальні параметри конусно-лопатевого робо-чого органу індивідуального роздавача-дозатора ком-бікормів: висота лопаток – 0,008 м та кіль-кість – 2 шт. При цьому продуктивність, потужність процесу дозування та нерів-но-мірність видачі становили відповідно 545,32·10-3 кг/с, 6,554 Вт, 1,7 %. Обґрунтовано пара-метри та режими роботи індивідуального роздавача-дозатора, а саме частоту обертання робо-чого органу, яка становить 2,5 с-1, і його діаметр – 0,2 м, за яких продуктивність, потужність процесу дозування та нерівномірність видачі становили 545,53·10-3 кг/с, 6,572 Вт, 1,66 %.

10. У результаті експериментальних досліджень автоматизованого індиві-дуального роз-да-ва-ча-дозатора комбікормів з конусно-лопатевим робочим органом у виробничих умовах вста-но-влено, що в діапазоні норм видачі від 0,2 до 2,0 кг точність дозування становила 1,64–1,52 %.

11. Впровадження у виробництво запропонованого автоматизованого інди-ві-дуального роздавача-дозатора комбікормів з конусно-лопатевим робочим органом дозволить отримати очікуваний річний економічний ефект в розрахунку на 100 корів 28957 грн. і приріст вироб-ництва молока в кількості 99,54 ц/рік, економія комбікормів становить 138,24 ц/рік.

Список опублікованих праць

1. Банга В. І., Сиротюк С.В. Аналіз та обґрунтування технології індивідуальної роздачі концентрованих кормів //Механізовані процеси сільськогосподарського виробництва: Зб.наук.пр.–Львів: Львів. держ. с.–г. ін–т, 1995.–С. 62–66. (здобувачем проведено аналіз існуючих конструкцій роздавачів).

2. Банга В. І. Обґрунтування конструкції індивідуального мобільного роздавача-дозатора концентрованих кормів //Вісн. Львів. держ. аграр. ун–ту: Агроінженерні дослідження.–1998.– №2.– С. 119–122.

3.Сиротюк В.М, Дмитрів В.Т., Носов Ю.М., Сиротюк С.В., Кондур С.М., Банга В.І. Экспертная автоматизированная система управления технологическими процессами (ЭАСУ ТП) производства молока //Тез. докл. ІХ Междунар. симп. по машинному доению сельскохозяйственных животных.–Оренбург, 1997.– С.153–155. (здобувачем запропоновано ввести до складу АСУ ТП виробництва молока індивідуальний автоматизований роздавач-дозатор та обґрунтовано його функції).

4. Сиротюк В.М., Дмитрів В.Т., Медиковський М. О., Шолудько Я. В., Сиротюк С.В., Кондур С.М., Банга В.І. Автоматизована система управління техно-логічними процесами виробництва // Інформаційні технології і системи. – Львів.– 1999. – Т.2, №1. – С. 162–169. (здобувачем запропоновано в структурну схему АСУ ТП ввес-ти індивідуальний кормороздавач комбікормів та обґрунтовано функції системи).

5. Сиротюк В.М., Дмитрів В.Т., Носов Ю.М., Сиротюк С.В., Кондур С.М., Банга В.І. Апаратне і програмне забезпечення автоматизованої системи управління технологічним процесом виробництва молока //Вісн. Львів. держ. аграр. ун–ту: Агро--інженерні дослідження. 1999. –№3. С. 4–7. (здобувачем запропоновано структурно-функціональну схему АСУ ТП з автоматизованим кормороздавачем комбікормів).

6. Сиротюк В.М., Дмитрів В.Т., Медиковський М. О., Шолудько Я. В., Жінчин Я.С., Кондур С.М., Банга В.І. Експертна автоматизована система управління технологічним процесом // Вісн. держ. ун-ту Львівська політехніка Комп’ютерна інженерія та інформаційні технології.– 2000. – №392. – С.162–165. (здобувачем обґрунтовано доцільність експертної автоматизованої системи управління технологічним процесом з використанням індивідуального кормороздавача).

7. Деклараційний патент 40997. Україна, МПК А01К 5/02. Дозатор сипучих кормів / В.М. Сиротюк, В.І. Банга, В.Т. Дмитрів, Я.С. Жінчин.– № 2000127505; Заявл. 26.12.2000; Опубл. 15.08.2001, Бюл. №7. (здобувачем розроблено тип дозувального робочого органу).

8. Деклараційний патент 52059. Україна, МПК А01К 5/02. Дозатор сипучих кормів. / В.І. Банга, Я.С. Жінчин, В.Т. Дмитрів і ін.– № 2002010755; Заявл. 30.01.2002; Опубл.16.12.2002, Бюл. №12. (здобувачем розроблено тип дозувального робочого органу).

9. Деклараційний патент 48479. Україна, МКИ G01F1/76. Вимірювач маси потоку сипучих матеріалів / Банга В.І., Сиротюк В.М., Дмитрів В.Т., та ін. – № 2001096131; Заявл. 05.09.2001; Опубл. 15.08.2002, Бюл. №8. (здобувачем розроблено тип і конструкцію вимірювальної площини).

10. Жінчин Я.С., Банга В.І. Дослідження рівномірності подачі дискового дозатора комбікормів // Вісн. Львів. держ. аграр. ун–ту: Агроінженерні дослідження. – 2002. – №6.– С.141–147. (здобувачем запропоновано методику для дослідження рівномірності подачі дискового дозатора комбікормів).

11. Банга В. І. Експериментальні дослідження індивідуального дозатора комбікормів з конусним робочим органом // Вісн. Львів. держ. аграр. ун–ту: Агроінженерні дослідження. – 2003. – №7. – С. 123–127.

12. Деклараційний патент 70691. Україна, МКИ G01L5/00, G01L5/24. Вимірювач крутного моменту / Банга В.І., Дмитрів В.Т., Жінчин Я.С., Сиротюк В.М. – № 200312121556; Заявл. 23.12.2003; Опубл. 15. 10.2004, Бюл. №10. (здобувачем розроблено тип і конструкцію вимірювальної площини).

13. Дмитрів В.Т., Жінчин Я.С., Банга В.І. Дослідження вимірювача маси потоку сипучих матеріалів // Вісн. Львів. держ. аграр. ун–ту: Агроінженерні дослідження. – 2004. – №8. – С.201–209. (здобувачем розроблена конструкція вимірювача маси потоку сипучих матеріалів, обґрунтовано аналітично розміри вимірювальної площини).

14. Дмитрів В.Т., Жінчин Я.С., Сиротюк В.М., Банга В.І. Автоматизований роздавач-дозатор комбікормів стосовно АСУ ТП виробництва молока // Матеріали XII Міжнародного (I Українського) симпозіуму з питань машинного доїння корів.–Брацлав, 2004.– С.332–335. (здобувачем розроблена конструктивно-технологічна схема функціонування автоматизованого роздавача-дозатора комбікормів).

15. Дмитрів В.Т., Жінчин Я.С., Банга В.І. Особливості конструкції вимірювача крутного моменту //Матеріали Міжнар. наук. – прак. конф. “Агромех–2004”. Львів, 2004. – С.162–165. (здобувачем розроблена конструкція вимірювача крутного моменту та методика тарування).

16. Банга В.І. Математична модель роботи індивідуального дозатора комбікормів з конусним робочим органом // Вісн. Львів. держ. аграр. ун–ту: Агроінженерні дослідження. 2005. – №9. – С.143–150.

17. Банга В.І. Експериментальні дослідження індивідуального дозатора комбікормів з конусно-лопатевим дозувальним робочим органом //Вісн. Харк. нац. техн. ун–ту ім. П. Василенка: Вдосконалення технологій та обладнання виробництва продукції тваринництва. – 2005. – Вип. 42. – С. 79–83.

Анотація

Банга В.І. Обґрунтування та оптимізація параметрів мобільного роздавача-дозатора концентрованих кормів для індивідуальної нормованої годівлі корів.– Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спе-ціальністю 05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського вироб-ництва. – Національний науковий центр “Інститут механізації та електрифікації сільського господарства” Української академії аграрних наук, смт. Глеваха, 2006.

Дисертація присвячена питанням роздавання і дозування комбікормів. Про-а-на-лізовано існуючі конструкції роздавачів і дозаторів сипучих кормів, праці вчених, присвячені цій проблемі, доведена необхідність розробки автоматизованого індиві-дуального роздавача-дозатора комбікормів з конусно-лопатевим робочим органом.

Розроблено конструкцію автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора. Проведено теоретичний аналіз технологічного процесу роздавання і дозування ком-бікормів. Визначено конструктивно-технологічні параметри роздавача-дозатора і режими роботи, проведено їх обґрунтування та оптимізацію. Експериментальними дослідженнями доведено ефективність роботи автоматизованого індивідуального роздавача-дозатора комбікормів.

Ключові слова: комбікорм, лопатка, продуктивність, потужність, нерівномірність видачі, роздавач-дозатор, робочий орган.

Аннотация

Банга В.И. Обоснование и оптимизация параметров мобильного раздатчика-дозатора концентрированных кормов для индивидуального нормируемого кормления коров. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук за спе--циальностью 05.05.11 – машины и средства механизации сельскохозяйственного производства. – Национальный научный центр “Институт механизациии электрификации сельського хозяйства” Украинской академии аграрных наук, пгт. Глеваха, 2006.

Диссертация посвящена вопросам раздачи и дозирования комбикормов. Проанализированы существующие конструкции раздатчиков и дозаторов сыпучих кормов, труды ученых посвященные этой проблеме, установлена необходимость разработки автоматизированного индивидуального раздатчика-дозатора комби-кор-мов с конусно-лопастным рабочим органом.

На основании проведенного анализа способов и средств для раздачи и дозирования, конструкций существующих дозаторов сыпучих материалов доказана необходимость раз-ра-ботки автоматизированого индивидуального раздатчика-дозатора комбикормов, поз-во-ля-ющегося повысить продуктивность и снизить мощность на дозирование и нерав-но-мерность выдачи комбикорма за счет оснащения его конусно-лопастным рабочим органом.

На основе анализа существующих раздатчиков сыпучих кормов разработана конструктивно-технологическая схема индивидуального раздатчика-дозатора.

Для обеспечения надлежащего режима питания дозатора способом самотека проведенные теоретические исследования процесса вытекания комбикорма з бункера раздатчика-дозатора. Для этого рассмотренное движение элементарного объема комбикорма в бункере раздатчика-дозатора с круглым и прямоугольным поперечными сечениями и вертикальной нагрузкой, что позволило получить дифференциальное уравнение движения описывающее процесс вытекания сыпучего комбикорма в бункере. Полученная формула для определения производительности насадки выпускной горловины бункера, которая позволяет моделировать процесс вытекания комбикормов з бункера разной формы поперечного сечения в зависимости от конструктивных размеров.

Проведен теоретический анализ технологического процесса раздачи и дозирования ком-бикормов, в результате которого получены математические зависимости, характеризующие технологический процесс раздачи и дозирования сыпучих комбикормов и, позволяющие определить основные конструктивно-технологические и режимные параметры раздатчика-дозатора.

Подано программу и методику экспериментальных исследований индивидуального дозатора и раздатчика-дозатора комбикормов, описано установки, методики проведения и обработки экспериментальных исследований. Для проведения исследований использовано стандартизированное оборудование, а также разработано и изготовлено шаговый электродвигатель постоянного тока с электрической схемой управления, устройство для измерения массы комбикорма в бункере раздатчика-дозатора, измерители крутящего момента и потока сыпучих материалов, установки индивидуального дозатора и раздатчика-дозатора комбикормов для исследования конусного и конусно-лопастного рабочих органов.

С целью отклонения незначущих факторов, которые влияют на производительность индивидуального дозатора комбикормов, был проведен отсевной эксперимент методом случайного баланса.

Проведено обоснование и оптимизация технолого-конструктивных и режимных параметров индивидуального раздатчика-дозатора комбикормов путем решения компромиссной задачи.

В результате проведенных экспериментальных исследований индивидуального раздатчика-дозатора комбикормов в лабораторных и про-и-зводственных условиях уста-но-в-лено его эффективность работы (четыре декларационных патента Украины № 40997, № 48479, № 52059, № 70691). Ожидаемый экономический эффект за год от вне-д-рения авто-матизированного индивидуального раздатчика-дозатора в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) производства молока при раздаче комбикормов в расчете на 100 коров составляет 28957 грн.

Разработанный автоматизированный индивидуальный раздатчик-дозатор комбикормов с конусно-лопастным рабочим органом может быть использован как в составе АСУ ТП производства молока, так и в режиме автономной его работы.

Ключевые слова: комбикорм, лопатка, производительность, мощность, неравномерность выдачи, раздатчик-дозатор, рабочий орган.

Annotation

Banha V.І. Substantiation and optimization of parameters of the mobile concentrated forage distributing and metering device for the individual rationed cows feeding.– Manuscript.

The candidate of technical sciences degree dissertation on speciality 05.05.11 – machines and means of mechanization of agricultural production. The National scientific center “The Institute of mechanization and electrification of agriculture” of the Ukrainian academy of the agrarian sciences, Glevaha, 2006.

Dissertation is devoted to the questions of distribution and dosage of the mixed fodders. The existing designs of the distributers and friable feed metering devices as well as the scientific papers devoted to the problem have been analysed. The necessity of working out of the automated individual mixed fodder distributor and dosage device with the cone-blade tool has been proved.

The design of the automated individual fodder distributing and metering device was developed. The theoretical analysis of the technological process of distribution and dosage of the mixed fodder has been carried out. The design and technological parameters of the distributing and metering device as well as the mode of operation have been defined. Substantiation and optimization of