В кормлении сельскохозяйственных животных широко используются корнеклубнеплоды: свекла, морковь, картофель, брюква, турнепс, топинамбур (земляная груша), батат (сладкий картофель) и др. [3]. Корнеклубнеплоды – вкусный, охотно поедаемый животными, прекрасный в диетическом отношении корм. Этот корм значительно улучшает кормовые рационы сельскохозяйственных животных в зимний период. Особенно ценны корнеклубнеплоды для молочного скота и свиней. При этом корнеклубнеплоды с единицы площади дают в урожае больше питательных веществ, чем другие кормовые растения – травы и зерновые.
Технологический процесс подготовки корнеклубнеплодов к скармливанию включает следующие операции: мойку, измельчение, запаривание, дрожжевание, разминание и смешивание. Для подготовки корнеклубнеплодов к скармливанию применяют корнеклубнемойки, мойки-корнерезки, измельчители, запарники-смесители, варочные котлы и другие машины [7].
Операция измельчения корнеклубнеплодов является одной из наиболее значимых в технологическом процессе подготовки корнеклубнеплодов к скармливанию сельскохозяйственным животным. Благодаря ей достигается лучшая перевариваемость и более полное усвоение энергии корма, обусловленные требованиями физиологии кормления животных, так как питательные вещества усваиваются организмом животных только в растворенном виде, а скорость обработки частиц корма желудочным соком прямо пропорциональна площади их поверхности. В результате измельчения корма образуются частицы с высокоразвитой поверхностью, что способствует ускорению процессов пищеварения и повышению усвояемости питательных веществ [1, 6].
Измельчители корнеклубнеплодов различают [4, 2]: дисковые, дисковые с вертикальным валом, барабанные и с неподвижными ножами. К измельчителям корнеклубнеплодов относятся корнерезки, корнетёрки и различные измельчители, отличающиеся друг от друга устройством рабочих органов и степенью измельчения материала. В настоящее время широкое распространение и внедрение получили корнеклубнемойки с измельчающим аппаратом ИКМ-Ф-10.
Корнеклубнемойки с измельчающим аппаратом ИКМ-Ф-10 является усовершенствованным вариантом ИКМ-5. Состоит из ванны, измельчающего аппарата, винтового конвейера, транспортера для удаления камней, электродвигателей и шкафа управления. Измельчающий аппарат состоит из литого корпуса и двух дисков: верхнего и нижнего. На верхнем установлено два горизонтальных ножа, на нижнем – две выгрузные лопатки. Оба диска установлены на валу электродвигателя и закреплены болтом.
Для моделирования рабочего процесса измельчающего аппарата корнеклубнемоек ИКМ-Ф-10 наиболее подходит представление моделей функционирования в виде динамической системы (рис. 1) [7], преобразующей входные воздействия  в выходные характеристики работы .

Рисунок 1 – Динамическая модель рабочего процесса измельчающего аппарата корнеклубнемоек ИКМ-Ф-10

В качестве входных воздействий  для измельчающего аппарата корнеклубнемоек ИКМ-Ф-10 примем условия работы:
– подача корнеклубнеплодов в измельчающий аппарат ;
– размерные характеристики подаваемых корнеклубнеплодов .
В качестве выходных характеристик  для измельчающего аппарата корнеклубнемоек ИКМ-Ф-10 примем:
– производительность измельчающего аппарата ;
– потребная мощность измельчающего аппарата ;
– средний размер частиц измельченных корнеклубнеплодов .
На выходные показатели работы измельчающего аппарата корнеклубнемоек ИКМ-Ф-10 влияют возмущающие факторы  (конструктивно-технологические параметры):
– частота вращения измельчающего аппарата ;
– количество ножей ;
– зазор в измельчающем аппарате .
Описание рабочего процесса и получение математической модели измельчающего аппарата корнеклубнемоек ИКМ-Ф-10 заключается в установлении вида и структуры некоторого оператора , показывающего, как рабочие органы измельчителей преобразуют входные воздействия   в выходные характеристики .
Аналитическое описание операторов затруднительно, поэтому широкое распространение получил экспериментальный метод, базирующийся на информации о входных и выходных процессах динамической модели в условиях нормального функционирования. Этот метод получил название идентификации, что представляет собой отождествление модели с объектом-оригиналом [5].
Учитывая сложность и многомерность рабочего процесса измельчающего аппарата корнеклубнемоек ИКМ-Ф-10, оператор предлагаемого измельчителя  представим в виде его составляющих, частных операторов (рис. 2), по различным каналам связи в виде зависимости

,

где  – частные операторы, составляющие общего оператора .

Рисунок 2 – Одномерные динамические модели рабочего процесса измельчающего аппарата корнеклубнемоек ИКМ-Ф-10

В результате получим ряд одномерных динамических моделей в виде частных линейных операторов , раскрывающих внутреннюю структуру процесса:
1. Зависимость производительности измельчающего аппарата  от подачи корнеклубнеплодов 

.

2. Зависимость производительности измельчающего аппарата  от размерных характеристик подаваемых корнеклубнеплодов 

.

3. Зависимость производительности измельчающего аппарата  от частоты вращения измельчающего аппарата 

.

4. Зависимость производительности измельчающего аппарата  от количества ножей 

.

5. Зависимость производительности измельчающего аппарата  от зазора в измельчающем аппарате 

.

6. Зависимость потребной мощности измельчающего аппарата  от подачи сырья 

.

7. Зависимость потребной мощности измельчающего аппарата  от размерных характеристик подаваемых корнеклубнеплодов 

.

8. Зависимость потребной мощности измельчающего аппарата  от частоты вращения измельчающего аппарата 

.

9. Зависимость потребной мощности измельчающего аппарата  от количества ножей 

.

10. Зависимость потребной мощности измельчающего аппарата  от зазора в измельчающем аппарате 

.

11. Зависимость среднего размера частиц измельченных корнеклубнеплодов  от размерных характеристик подаваемых корнеклубнеплодов 

.

12. Зависимость среднего размера частиц измельченных корнеклубнеплодов  от зазора в измельчающем аппарате 

.

Таким образом, нами получена система частных линейных операторов:

                                                
                                                
                                                
                                                
                                                
                                                
                                                
                                                
                                                
                                                
                                                
                                               

Примем, что измельчающий аппарат корнеклубнемоек ИКМ-Ф-10 является стационарным линейным объектом (при использовании метода суперпозиций), поэтому моделирование можно свести к системе уравнений

                        
                        
                                    

Полученные модели описывают рабочий процесс измельчающего аппарата корнеклубнемоек ИКМ-Ф-10, но при этом состоят из большого количества операторов , которые необходимо установить, вследствие чего моделирование рабочего процесса измельчающего аппарата представляет собой весьма трудную задачу. Для ее решения необходимо воспользоваться методом построения статических, вероятностных моделей измельчающего аппарата корнеклубнемоек ИКМ-Ф-10, теорией планирования факторного эксперимента, в которой, сочетая определенным образом, факторы на входе и информацию на выходе, определяются операторы  модели измельчающего аппарата.

1. Белицкая О. И., Филатов М. И. Анализ и исследование факторов, влияющих на качество измельчения корнеклубнеплодов. – Известия Оренбургского государственного аграрного университета. – 2007. – №14-1. – С. 53–55.
2. Ведищев С. М., Брусенков А. В., Прохоров А. В. Совершенствование измельчающего аппарата для клубнемойки ИКМ-5М. – Сельский механизатор. – 2009. – №6. – С. 25.
3. Владимиров Н. И. Кормление сельскохозяйственных животных: учебное пособие / Н. И. Владимиров, Л. Н. Черемнякова, В. Г. Луницын, А. П. Косарев, А. С. Попеляев. –Барнаул: Изд-во АГАУ, 2008. – 211 с.
4. Изучение измельчителей корнеклубнеплодов: лабораторные работы / сост.: С. М. Ведищев, А.В. Прохоров, А.В. Брусенков. – Тамбов : Изд-во ТГТУ, 2008. – 36 с.
5. Математическое моделирование технологических процессов сельскохозяйственного производства (статические модели): методические рекомендации. – Л.: НИПТИМЭСХ НЗ РСФСР, 1981. – 68 с.
6. Мельников С. В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм: учебное пособие для вузов / С. В. Мельников. – Л.: Колос, 1978. – 560 с.
7. Новиков В. В., Камышева О. А. Технология измельчения корнеклубнеплодов. – Фундаментальные основы научно-технической и технологической модернизации АПК: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. – Уфа: Изд-во БГАУ, 2013. – С. 247–253.

Все статьи автора «Яблочков Владимир Иванович»