Электронный научно-практический журнал «Современная техника и технологии» » farm animals

Моделирование рабочего процесса измельчающего аппарата корнеклубнемоек

Яблочков Владимир Иванович — Fri, 31 Oct 2014 11:56:40 +0000

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.

Исследование процесса дозирования при приготовлении кормов для сельскохозяйственных животных

Глобин Андрей Николаевич — Wed, 30 Sep 2015 14:17:04 +0000

Схему приготовления кормов при различных вариантах технологий можно представить в виде на рисунке 1. Процесс дозирования производится для всех компонентов кормовой смеси и при разных вариантах технологий.

Рисунок 1 – Схема сравнения вариантов технологий приготовления кормовых смесей

До настоящего времени дискутируется вопрос о выборе принципов дозирования компонентов рациона. Существующие конструкции весовых дозаторов обеспечивают точность дозирования сыпучих мелкоизмельченных материалов с точностью 1%. Объемные обеспечивают дозирование таких же материалов с точностью 4…5%. Весовые дозаторы обладают значительной сложностью, металлоемкостью, высокой стоимостью, требуют высококвалифицированного обслуживания. Объемные – проще и значительно дешевле. В то же время хорошо известно, что всякий перерасход компонента или его недостаток приводит к убытку за счет стоимости перерасходованных кормов и недополучения животноводческой продукции. Однако наиболее существенным аргументом в пользу объемных дозаторов является то обстоятельство, что в каждом компоненте рациона содержится определенное количество влаги. При этом пределы колебания влаги в компонентах столь значительны (таблица 1), что практически ликвидируют преимущества весовых дозаторов. В самом деле, основным назначением дозатора является выдача заданного количества питательных веществ, которые содержатся в каждом компоненте рациона. Технологически задача может быть решена путем внесения поправки на влажность. Для этого необходимо определить влажность (на что необходимо чаще всего 20…24 ч), определить значение поправки и затем внести изменения в регулировку весового дозатора; при использовании объемного – необходимо провести тарировку и, определив поправку, внести также изменения в регулировку.

Таким образом, использование в кормоприготовительных линиях весовых поточных дозаторов в настоящее время не эффективно ввиду резкого колебания содержания влаги в компонентах рациона.

Таблица 1. Колебания влажности корма в течение стойлового периода

Наименование корма	Средняя влажность, %	Колебания влажности, %
Солома	18	8
Силос	62	6
Сенаж	45	5
Комбикорм	14	3
Корнеплоды	70	9
Зеленая масса	65	12

Значительное количество работ по дозированию компонентов рационов животных посвящено созданию новых рабочих органов. Но не всегда выдерживаются общеизвестные принципы дозирования материалов. На рисунке 2 приведен график расхода материала рабочими органами, например питателя.

Рисунок 2 – Расход материала Q выдающим устройством питателя в течение времени t

Для того чтобы обеспечить равномерную усредненную выдачу корма дозатором, необходимо компенсировать недорасход материала за счет тех перерасходов, которые имеют место. Наиболее просто это возможно было бы реализовать путем остановки машины в момент ожидания перерасхода. Однако технически это реализовать достаточно трудно.

Более приемлемым вариантом, особенно с учетом изменения средней производительности, может быть такой, при котором, за счет отбора излишне выданного материала накапливался технологический запас, который бы расходовался в момент уменьшения производительности питателя.

Возможен и комбинированный вариант решения задачи, то есть использовать остановку выдающего устройства и накапливание технологического запаса.

Для стебельных кормов, измельченных корнеплодов и других компонентов рациона целесообразно экспериментировать именно в этом направлении. Особенно это важно в случае изменения средней производительности линии в широком диапазоне регулирования.

Для шнековых устройств при дозировании комбикорма и других сыпучих кормов целесообразно применение такой конструкции дозатора, при которой будет происходить постоянное смешивание материала и колебания расхода материала будет минимальным или отсутствовать.