Введение
5 ВВЕДЕНИЕ
U На современном этапе развития сельского хозяйства большое внимание
уделяется интенсификации производства продукции животноводства, которая в свою очередь требует создания новейшего оборудования, применение новых технологий на основе современных достижений науки и техники.
В процессе производства и приготовления кормов важное место занимает использование различных кормовых смесей с применением в качестве компонента кормовых корнеплодов. Кормовые корнеплоды повышают продуктивность животных, так как содержат много витаминов, сахара и микроэлементов. В суточном рационе коров можно включать до нескольких десятков килограммов кормовых корнеплодов и добиваться при этом высоких надоев. Однако, как правило, доля кормовых корнеплодов в суточном рационе коров не превышает нескольких килограммов из-за ограниченных запасов кормовых корнеплодов на ферме, так как кормовые корнеплоды требуют больших трудозатрат при их заготовке и подготовке их к скармливанию.
Одной из основных операций при подготовке кормовых корнеплодов к скармливанию является их очистка от почвы. Загрязненность корнеплодов, колеблющаяся в пределах 7...28%, можно классифицировать на группы: тяжелые примеси (камни, куски металла и т. п.), связанная почва и легкие примеси (солома, растительные остатки [49, 83, 91]).
Исследования показали, что использование неочищенных от почвы кормовых корнеплодов ведет к желудочным заболеваниям животных, резкому снижению продуктивности скота. В связи с этим вопросу очистки кормовых корнеплодов от примесей уделяется большое внимание.
Очистка от загрязнений является одной из самых трудоемких операций. В настоящее время в сельском хозяйстве для очистки кормовых корнеплодов используются машины, работающие по принципу
6
гидромеханической очистки (мойки): ИКМ-5, ИКС-5М, ИКМ-Ф-10 и др. однако эти машины обладают рядом существенных недостатков. При поступлении с поля корнеплодов, имеющих повышенную загрязненность, увеличивается расход воды (до 400 литров на тонну перерабатываемых корнеклубнеплодов), снижается производительность машин почти'в два раза, в кормоцехе необходимо применение дорогостоящих грязеотстойников и надежно работающей системы канализации; вместе со сточными водами выносится плодородный слой почвы, налипшей на корнеплодах, в моечной ванне травмируется до 6% продукта, необходимо применение дополнительных электрообогревателей, что влечет за собой повышение энергозатрат [8, 18, 26, 28, 38, 65].
Решение данной проблемы содержит в себе источник большой экономии в сельском хозяйстве страны и может быть обеспечено за счет совершенствования существующих машин или создания новых.
В связи с этим возникает необходимость разработки нового эффективного устройства, лишенного вышеперечисленных недостатков и имеющего более широкие технологические возможности.
Целью данной работы является повышение эффективности очистки кормовых корнеплодов от загрязнений путем разработки барабанно-щеточного очистителя и исследование влияния различных факторов на качественные и энергетические показатели его работы.
Исследования проводились с учетом опыта научных и практических работ в нашей стране и за рубежом. В процессе исследований проводилась оценка условий эксплуатации машины, качества выполняемой работы, состояния поступаемой и готовой продукции. В работе изучались разные конструктивно-технологической схемы машин, рассчитывались технико-экономические параметры.
Объект исследования - технологический процесс очистки кормовых /jjjp* корнеплодов от почвенных примесей барабанно-щеточным очистителем.
*
7
Предмет исследований - закономерности изменения качественных и энергетических показателей процесса очистки кормовых корнеплодов от режимов работы очистителя, а так же процесс движения корнеплода при его взаимодействии с рабочими органами барабанно-щеточного очистителя.
При проведении исследований предложена и обоснована конструкция устройства для сухой очистки кормовых корнеплодов. Установлены статистические и динамические характеристики процессов при работе устройства в реальных условиях эксплуатации, определены оптимальные параметры и режимы работы, рассчитаны математические модели рабочего процесса. Получены экспериментальные подтверждения теоретических разработок.
В результате разработан и изготовлен опытный образец устройства для сухой очистки кормовых корнеплодов, который внедрен в СХПК колхоз имени "Ленина" Чебоксарского района Чувашской Республики [Приложение
7].
На защиту выносятся следующие основные положения:
1.. обоснование способа сухой очистки кормовых корнеплодов;
2. конструктивно-технологическая схема устройства для сухой очистки корнеплодов;
3. механика процесса очистки корнеплода, динамика прутка щетки, ' а также действие роторной щетки на кормовые корнеплоды;
4. математическая модель рабочего процесса сухой очистки, анализ которой позволил получить оптимальные параметры устройства для сухой очистки кормовых корнеплодов;
5. эффективность применения устройства для сухой очистки кормовых корнеплодов;
Основные положения работы доложены и обсуждены на научных ^ конференциях Чувашской государственной сельскохозяйственной академии
(2002...2004 гг.).
* патент № 000, авторы и .
Материалы исследований опубликованы в 7 печатных работах. Работа изложена на 148 страницах машинописного текста, включает 43 рисунка, 13 таблиц и 8 приложений.
?:
4J
9 Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ
НАПРАВЛЕНИЙ ИССЛЕДОВАНИЙ 1-1. Основные факторы, влияющие на качество очистки корнеплодов
Одной из основных отраслей сельского хозяйства является животноводство, успешное развитие которого возможна лишь при создании прочной кормовой базы, удовлетворяющей потребность скота в разнообразных высокопитательных кормах, внедрение комплексной механизации и автоматизации всех производственных процессов.
По зоотехническим требованиям [84] корма должны удовлетворять следующим условиям: не содержать вредных и ядовитых веществ, иметь необходимое количество доступных для переваривания и усвоения питательных веществ, иметь высокие вкусовые качества, отличаться хорошей поедаемостью. Этим требованиям удовлетворяют лишь те корма, которые скармливаются в естественном виде.
К таким кормам в полной мере можно отнести корнеплоды, которые содержат много питательных веществ (табл. 1.1) [69].
Исследователями установлено, что включение корнеплодов в силосные рационы дойных коров способствует увеличению поедаемости объемистых кормов на 10... 11%, перевариваемости органического вещества на 5...8%. При этом продуктивность коров повышается на 10.3%, при одновременном снижении затрат труда на единицу продукции на 4.7% [20, 43]. Корнеплоды дают наибольшее количество корма с единицы площади, а их урожайность до 500...700 ц/га, что в переводе составляет 93... 135 ц кормовых единиц.
Однако при скармливании корнеплодов скоту необходимо соблюдать технологию подготовки их к скармливанию.
Корнеплоды поступают на переработку в кормоцех как с поля (в период уборки), так и из хранилища или буртов (в период хранения).
Поэтому загрязненность корнеплодов бывает различной не только в процентном соотношении, но и по виду загрязненности.
Таблица 1.1
Питательность кормов
№ п/ п Культура Сухое вещество, гр Протеин, гр Жир, гр Клетчатка, гр БЭВ, гр Кальций, гр Фосфор, гр Кормовые единицы Объемная энергия дляКРС, МДж
1 Свекла кормовая 120 13 1 9 87 0,4 0,5 0,12 1,65
2 Картофель 230 18 1 8 192 0,1 0,5 0,32 2,98
3 Морковь 120 12 2 11 87 0,9 0,6 0,14 2,2
4 Свекла сахарная 230 16 2 14 188 0,5 0,5 0,24 2,84
5 Брюква кормовая 120 12 2 13 86 0,6 0,4 0,2 2,07
6 Силос травяной 250 33 13 86 98 2,1 0,6 0,15 1,78
7 Трава луговая 335 40 10 102 154 2,8 0,9 0,24 2,29
8 Сено луговое 857 97 10 263 414 7,2 2,2 0,42 6,85
9 Комбикор мдляКРС 860 17.1 3.8 300 646 3,8 8,7 1.12 2,97
и
Загрязненность корнеплодов различными типами примесей приведена таблице 1.2 [83].
Таблица 1.2 Загрязненность корнеплодов различными типами примесей (%)
№ п/п Корнеплоды Тип примесей
Растительными свободными остатки Ботвой на корнеплодах Почвой свободной Почвой на корнеплодах Всего примесей
1. Свекла 0.7-1.9 1.8-2.9 0.5-7.7 1.3-11.2 6.3-26.7
2. Картофель 0.8-1.2 - 2.1-8.3 2.9-18.4 4.8-34.9
3. Морковь 0.5-1.3 0.6-2.5 1.2-5.8 1.1-9.3 3.4-18.9
4. Брюква 1.1-2.6 2.1-6.0 0.25-3.0 до 1.3 3.5-13.5
Из анализа таблицы 1.2 можно сделать вывод, что наибольшая загрязненность соответствует связанной почве на корнях. Причем при повышении влажности почвы загрязненность увеличивается. Кроме того, в ворохе корней, доставленных из буртов, присутствуют соломистые включения. Все примеси, находящиеся в ворохе корнеплодов, не только отрицательно влияют на здоровье животных, но и выводят из строя рабочие органы машин, нарушая при этом технологический процесс.
Трудность очистки корнеплодов заключается еще и в том, что каждая культура имеет свои физико-механические свойства. Данные по физико-механическим свойствам корнеплодов широко освещены во многих работах как отечественных, так и зарубежных авторов и приведены в таблице 1.3 [28, 83, 104, 114, 116]. Анализ таблицы показывает, что физико-механические свойства корнеплодов колеблются в значительных пределах, в одних случаях они более или менее значительно отличаются, в других - перекрывают друг
12
друга. В работах [28, 38, 103, 105] проанализировано, что на процесс очистки оказывает влияние тип почвы, на которых выращивают корнеплоды.
Таблица 1.3 Основные физико-механические свойства корнеплодов
№ п/п Показатели Картофель Свекла Морковь Брюква
1. Масса корнеплода, г 12-235 40-878 30-400 250-4000
2. Плотность, г/см3 1.03-1.16 0.93-1.1 0.93-1.03 0.94-1,03
3. Линейные размеры, см 2.6-11.7 3.5 -26.4 2.0-17.0 6.3-26.0
4. Коэффициент трения о сталь 0.34-0.79 0.2-0.43 0.93-1.08 0.19-0.56
in Коэффициент трения о дерево 0.66-0.97 0.51-0.73 0.33 0.5-0.72
6. Коэффициент отражения света, % 36-58 41-64 - -
7. Скорость витания в воде, м/с 0.35-0.45 0.15-0.25 0.35-0.50 -
8. Удельное объемное сопротивление, Ом*см 103-105 - - -
9. Модуль упругости, кг/см2 35-55 55-85 70-85 60-90
10. Предел прочности при сжатии, кг/см2 10-18 13-25 13-25 15-30
На корнеплодах, выращенных на суглинистых почвах, загрязненность в основном концентрируются во впадинах, что вызывает значительные трудности при их очистке. Здесь следует также учесть, тот факт, что сила
13 сцепления суглинистых почв с поверхностью корнеплода значительно выше,
чем у других типов почв.
У корнеплодов, выращенных на песчаных почвах, загрязнения в основном также концентрируются во впадинах, однако корнеплоды, выращенные на данных почвах, более качественно очищаются с наименьшими энергозатратами, так как сила сцепления песка с поверхностью корнеплода ниже, чем у суглинка.
У корнеплодов, выращенных на торфянике, связанная почва располагается в виде комочков, не образуя сплошной массы, поэтому данный тип почвы также легко поддается очистке.
Поэтому при организации очистки корнеплодов от примесей необходимо учитывать тип почвы, влажность, ее физико-механические свойства, а также физико-механические свойства примесей.
1.2. Анализ способов и технологических средств очистки кормовых
корнеплодов
Технология обработки и подготовки кормовых корнеплодов к скармливанию зависит от зоотехнических требований, условий хозяйства, экономической целесообразности применения тех или иных способов и технологических средств. Корнеплоды являются необходимым, широко распространенным, высокоэффективным компонентом кормовой смеси в рационе крупного рогатого скота. Правильная подготовка их к скармливанию способствует рациональному использованию, повышению питательности и вкусовых качеств кормов, сокращению расходов энергии на пережовывание, улучшению, усвоения кормов организмом животного. Загрязненность, л корнеплодов почвой и засоренность посторонними примесями вызывает
необходимость их очистки перед скармливанием.
Г - Обзор научных исследований [6, 10, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 26, 28, 29, 34,
44, 57, 59, 61, 63, 66, 68, 73, 74, 83,86, 89, 90, 91, 91] показывает, что учеными
14
наиболее полно изучены технология и технические средства для подготовки кормовых корнеплодов к скармливанию. Однако процесс подготовки кормовых корнеплодов к скармливанию обладает несовершенством технологий мойки кормовых корнеплодов водой, поэтому последнее время • !т'' ученые обращаются к сухой очистке кормовых корнеплодов. В связи с этим ниже приведен анализ результатов работ по созданию технических средств, направленных на решение денной задачи.
Предложенная классификация технических средств для очистки
кормовых корнеплодов от почвы позволяет более эффективно оценить
существующие и выявить общие направления и сделать некоторый анализ их
, . у,.. конструкций (рис. 1.1). При этом необходимо исходить из зоотехнических
ы' /' требований.
В направлении разработки технических средств для сухой очистки кормовых корнеплодов работают ряд ведущих институтов страны: ЦНИПТИМЭЖ, ВНИИживмаш, ВИМ, БСХА, ВИЭСХ, ЧИМЭСХ, УНИИМЭСХ, а так же зарубежные фирмы.
В УНИИМЭСХе разработана машина, в основу которой заложен вибрационный принцип воздействия на обрабатываемый продукт [26, 74]. Вибрационный очиститель (рис. 1.2.1) состоит из колебательного грохота, привода с кривошипным механизмом. Частота колебаний вибростола 380 колебаний в минуту; амплитуда - 45...50 мм. Производительность установки меняется путем изменения угла наклона стола к горизонту в пределах 10°... 18°. экспериментальные исследования (по данным УНИИМЭСХ) показали, что требуемые оптимальные параметры по величине амплитуды колебаний вибростола выявить не удалось, а принцип вибрационной очистки не гарантирует высокой надежности конструкции (постоянно происходят разрывы сварных швов). Эффективность очистки составляет в среднем 33%. Качество очистки корнеплодов обеспечивается при начальной загрязненности до 4%. Кроме того, для данного тип очистителей характерна высокая повреждаемость корнеплодов - до 4% [59]. В силу своей
15
конструктивной недоработки и низкого качества очистки данный очиститель не нашел применения в сельском хозяйстве. Однако встряхивающие элеваторы широко применяются в картофелеуборочной технике для очистки продукта от свободных примесей [10, 44].
¦¦¦ v
Устройство для мойки и чистки корнеплодов
По способу мойки и очистки
Гидравлический Гидромеханический Сухой
По способу воздействия
Трением Ударом Комбинированным
Роторные; шнековые; транспортерные щеточные. Вибрационные; кулачковые; дробеструйные. Барабанно— щеточные; барабанные; каскадные; барабанно-шнековые.
Рис. 1.1. Классификация технических средств для очистки
корнеплодов.
Упрощенная схема вибрационного очистителя разработки УБИИМЭСХ
Схема транспортера-очистителя
корнеклубнеплодов разработки
ЦНИПТИМЭЖ
Схема щеточного очистителя
корнеклубнеплодов, разработанного
ЧИМЭСХ
I •
¦ 4
1 - решето; 2 - кривошипно-шатунный механизм; 3 — электродвигатель; 4 - подпружиненный буфер.
1 - корпус; 2 - загрузочный бункер; 3 - обрезиненный ролик; 4 - решетка; 5 — выгрузная горловина; 6 — цепь.
1 - приемный бункер; 2 - щетки; 3 - приводная цепь; 4 - рама; 5 - бункер примесей; 6 - электропривод; 7 - контрпривод; 8 - выгрузной лоток.
Рис. 1.2. Транспортерные очистители корнеплодов
17
В ЦНИПТИМЭЖе разработан транспортер-очиститель корнеплодов, рабочим органом которого являются рельефно-обрезиненные цилиндрические вращающиеся ролики [57] (рис. 1.2.2). Исследования данного транспортера-очистителя проводились (по данным ЦНИПТИМЭЖ) при исходной загрязненности 5... 12%. Остаточная загрязненность после очистки составила 2...3%. Степень очистки 70...80%. Почва - чернозем при влажности 17...30%. Недостатком данного типа очистителей является то, что при высоком содержании растительных примесей наблюдаются перебой в работе очистителя.
Оригинальную конструкцию машины для сухой чистки предложил ЧИМЭСХ [73] (рис. 1.2.3). Очиститель состоит из рамы с установленными 1V* над ней щетками, струнной решетки, которая расположена над нижними
щетками, и привода. Производительность машины достигает 40 т/ч. Частота вращения нижних щеток составляет 300 мин'1, верхних - 900 мин"1, рабочая длина щетки - 100 мм. Остаточная загрязненность [73] корнеплодов после очистки составила менее 3%. Данный очиститель не нашел широкого применения в производстве из-за сложности конструкции и привода.
Барабанные очистители нашли широкое применение в
картофелеуборочных комбайнах. Данные очистители подразделяются на
// обычные барабанные грохоты и комбинированные барабанно-роликовые
'_# рабочие органы [6, 29, 83]. В Белорусской сельскохозяйственной академии
разработан барабанно-роликовый очиститель с дополнительными
эллиптическими элементами [6] (рис. 1.3.1).
Он состоит из вращающегося барабана, рамы, привода барабана.
Барабан образован цилиндрическими и эллиптическими роликами. Данный
очиститель предназначен для предварительной сухой очистки, то есть без
применения последующей мойки корнеплодов данная машина работать не
v**( может, так как у нее низкая степень очистки.
Заслуживает большого внимания щеточный очиститель конструкции ВИМ (рис 1.3.2) [26, 66]. Щеточный очиститель состоит из полуцилиндра,
Список литературы
