close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000102438

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
JMj^^^^'^f^
Тенеков Алексей Александрович
ПАРАМЕТРЫ САМОКОРМУШКИ
ДЛЯ К О Р М Л Е Н И Я О В Е Ц Р А С С Ы П Н Ы М С Е Н О М
Специальность 05.20.01 — Технологии и средства
механизации сельского хозяйства
(по техническим наукам)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Нальчик — 2005
Работа выполнена в Ф Г О У ВПО
Ставропольскомгосударственномаграрном университете
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор
Малиев Владимир Хамбиевич
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор
Краснов Иван Николаевич
кандидат технических наук, доцент
Тешев Анатолий Шахбанович
Ведущая организация:
Ставропольский научноисследовательский институт
животноводства и кормопроизводства
(СНИИЖК)
Защита диссертации состоится 29 ноября 2005 г. в 14"^ часов на
заседании диссертационного совета К 220.033.01 в Ф Г О У ВПО «Ка­
бардино-Балкарскаягосударственнаясельскохозяйственная академия»
по адресу: 360004, К Б Р , г. Нальчик, ул. Толстого, 185.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ф Г О У В П О
«Кабардино-Балкарскаягосударственнаясельскохозяйственная акаде­
мия».
Автореферат разослан « л / - » октября 2005 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
кандидат технических наук,
доцент
А. Д. Бекаров
2.^409
О Б Щ А Я ХАРАКТЕРИСТИКА Р А Б О Т Ы
Актуальность темы исследования. За годы реформ овцеводство ока­
залось в кризисном состоянии, вследствие чего в целом по России
поголовье овец и коз снизилось к уровню 1990 г. в 3,4 раза. Одной из
причин бедственного положения дел в отрасли является низкая эф­
фективность работы крупных овцеводческих ферм в рыночных усло­
виях, которые используют высокозатратные технологии содержания
овец.
В настоящее время резервом возрождения овцеводства являются фер­
мерские (крестьянские) и личные подсобные хозяйства, в которых
содержится до 74% всего поголовья овец и коз Р Ф . Хозяйства населе­
ния быстрее реагируют на изменение рынка, содержат овец по мало­
затратным технологиям с использованием продуктивного потенциала
животных и добиваются выгодных позиций за счет сельхозпредприя­
тий, которые долгое время не Moiyr отказаться от традиционных форм
ведения хозяйства.
Наиболее трудоемким и энергоёмким в зимний стойловый период
продолжает оставаться процесс раздачи рассыпного сена овцам, т. к. в
подавляющем больщинстве хозяйств раздача осуществляется вручную.
Ежедневные затраты труда при раздаче грубого корма в стойловый
период составляют до 60% времени по уходу за животными при меха­
низированном способе кормления (в своем большинстве он сводится
к подвозу кормов), а применяя конно-ручной труд на основных рабо­
тах, они достигают до 90%.
Это обусловливает необходимость разработки и усовершенствова­
ния средств механизации для упрощения процесса раздачи сена ов­
цам, так как именно этот технологический процесс остается наиболее
трудоемким и энергоемким по уходу и содержанию животных в зим­
ний стойловый период. Особенно острым этот вопрос является для
фермерских хозяйств и хозяйств населения.
Важным фактором снижения затрат труда и энергоресурсов в фер­
мерском овцеводческом хозяйстве являются разработки автора по скар­
мливанию овцам в зимний стойловый период страхового запаса корма
из самокормушек.
Целью работы является обоснование параметров самокормушки для
скармливания рассыпного сена овцам, обеспечивающих снижение эк­
сплуатационных и трудовых затрат.
Объект исследования — технологический процесс самоподачи сена
овцам из самокормушек с использованием различной кривизны форм ы основания.
' РОС. HAUHOHAJTi^iiXi j
БИБЛИОТЕКА
j
i^r^M 1
'*
i
3
Предмет исследования — режимные характеристики и параметры,
влияющие на качественные показатели процесса кормления овец.
Методы исследований включали аналитическое описание взаимо­
связи животного с самокормушкой, а также процесса подачи сена
овцам при различных формах основания с использованием положе­
ний теории массового обслуживания и теории вероятностей, методов
математического анализа, методов проведения экспериментальных ра­
бот и математического моделирования.
Научная новизна заключается в разработке нетрадиционной уста­
новки для скармливания рассыпного сена овцам в стойловый период;
исследовании процесса взаимосвязи животного с самокормушкой и
получении аналитических зависимостей по обоснованию ее формы;
разработке алгоритма и программного обеспечения по обоснованию
оптимального числа самокормушек для заданного поголовья овец; энер­
гетической оценке процесса раздачи грубых кормов с применением
самокормушек. Новизна технических решений защищена патентом на
изобретение Р Ф и двумя свидетельствами на полезную модель РФ.
Практическая ценность состоит в разработке устройства для скарм­
ливания овцам рассыпного сена, объединившего в технологической
схеме операции хранения и раздачи корма из стога. Самокормушка для
скармливания фубых кормов овцам предназначена для крестьянских,
фермерских и личных подсобных хозяйств, где содержится значитель­
ное поголовье овец и коз.
Предложенный алгоритм расчета оптимального числа самокорму­
шек при заданном поголовье овец может быть использован для опти­
мизации числа самокормушек применительно и к другим видам жи­
вотных: поголовью дойных коров, крупному рогатому скоту, свинь­
ям и др.
Реализация результатов исследований. Экспериментальные самокор­
мушки для овец, изготовленные по результатам исследований, прохо­
дили производственную проверку в 2002-2005 годах в К Ф Х Безрядина O.K. и К Х «Бересток», Кочубеевского и Петровского районов,
Ставропольского края.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены,
обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях Ставро­
польского государственного аграрного университета в 2001—2003 го­
дах; на Всероссийской научной конференции молодых ученых, аспи
рантов, студентов «Перспектива — 2003» в Кабардино-Балкарском
государственном университете им. Х.М. Бербекова (г. Нальчик, 2003 г ) ;
на научно-технической конференции в Азово-Черноморской государ4
ственной афоинженерной академии (г. Зерноград, 2003 г.); на Меж­
дународной научно-практической конференции «Проблемы и перс­
пективы овцеводства и козоводства» в Ставропольском Н И И живот­
новодства и кормопроизводства (2005 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных ра­
бот, в том числе патент на изобретение Р Ф и два свидетельства на
полезную модель Р Ф .
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав,
общих выводов и предложений^рекомендаций производству, списка
использованной литературы из 116 наименований (из них 6 на немец­
ком языке) и 8 приложений. Работа изложена на 146 страницах маши­
нописного текста, содержит 39 рисунков и 18 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении раскрывается актуальность исследуемой темы, опреде­
лены цель и задачи исследований, изложены основные моменты науч­
ной новизны и практической значимости работы.
В первой главе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследований»
рассмотрены технологии содержания овец в зимний стойловый пери­
од и существующие средства механизации, применяемые для раздачи
рассыпного сена овцам, проведен их сравнительный анализ.
Изучение состояния вопроса показало, что использование прежних
высокозатратных технологий содержания овец привело к убыточности
отрасли в сельхозпредприятиях и резкому снижению в них поголовья
овец. В хозяйствах населения напротив наблюдается тенденция увели­
чения мелкогруппового поголовья овец и коз благодаря применению
ресурсосберегающих технологий: пастьбы овец длительное время на
подножном корме, применению простых и недорогих средств механи­
зации на основных производственных процессах при кормлении и со­
держании животных.
При содержании овец в зимний стойловый период наиболее трудо­
емким и энергоемким продолжает оставаться процесс раздачи грубых
кормов, который включает в себя: выемку кормов из хранилищ, транс­
портировку, подготовку к скармливанию и распределение их по кор­
мушкам. Анализ существующих средств механизации, применяемых
при раздаче рассыпного сена, показал, что кормораздатчики типа
КТУ-10 для раздачи неизмельченного рассыпного сена просто непри­
менимы, а приобретение дополнительно измельчителей для овцеферм
с малым поголовьем связано с больпжми затратами и неоправдано
5
экономически. Для подавляющего числа овцеферм раздача рассыпного
сена осуществляется вручную из тракторных прицепов типа 2ПТС-4
или гужевых повозок.
Мелкогрупповое содержание поголовья овец обусловливает приме­
нение простых и недорогих технологий кормления животных. Одним
из элементов малозатратной технологии откорма являются самокор­
мушки, которые позволяют существенно сократить трудозатраты при
раздаче корма животным.
Вопросам скармливания рассыпного сена животным из самокорму­
шек посвящены работы Б. А. Рунова, В. Н. Писменнова, Н. Д. Чистя­
кова, В. И. Маслова, С. И. Бильтуева, А. А. Богатюка, Б. А. Доронина,
В. И, Чавренко и других ученых.
Сравнительный анализ различных устройств, облегчающих про­
цесс раздачи сена овцам с точки зрения рационального сочетания
производственных процессов позволил сформулировать рабочую ги­
потезу о том, что возможна раздача рассыпного сена низкозатратным,
энерго- и трудосберегающим способом в крестьянских, фермерских и
личных подсобных хозяйствах, достигаемая выбором соответствую­
щей конструкции основания самокормушки, при которой происходит
самоподача неизмельченного сена.
В результате анализа состояния вопроса и в соответствии с постав­
ленной целью сформулированы следующие задачи исследования:
- разработать устройство, обеспечивающее сохранность и самопо­
дачу неизмельченного сена к животным;
— обосновать геометрические параметры самокормушки с учетом
промеров экстерьера животного;
— составить алгоритм расчета оптимального количества самокор­
мушек для заданного поголовья овец при ненормированном кор­
млении;
- разработать кормовую площадку для скармливания страхового
запаса сена, уложенного на самокормушки в зимний стойловый
период;
— определить экономическую эффективность, энергетические и
трудовые затраты, связанные с применением самокормушек при
мелкогрупповом содержании овец;
- провести экспериментальную проверку эффективности исполь­
зования предлагаемой самокормушки.
Вторая глава «Теоретические исследования» состоит из 3-х разде­
лов, в которых обоснованы допущения, положенные в основу иссле­
дований.
6
в разделе 2.1 «Обоснование параметров самокормушки: радиуса,
желоба и боковых стоек» определены параметры самокормушки с уче­
том конституции овцы. Оптимальным радиусом выбран размер, при
котором обеспечивается расположение наибольшего числа овец по пе­
риметру самокормушки, С учетом того, что часть тела животного, вли­
яющая на его расположение у самокормушки, представляет в плане
равнобедренную трапецию, то для определения оптимального радиуса
необходимо, чтобы концы оснований а и 6 трапеций совпадали. Тогда
согласно рисунку 1 радиус самокормушки будет равен
Л =
360° а
27ie
(1)
где а ~ расстояние между лопатками овцы, м;
е - угол, образованный продолжением боковых сторон трапе­
ции, град.
Рисунок 1 — Схемы к определению параметров самокормушки
В самокормушке должна обеспечиваться возможность сползания сена
от центра в пустоты, выеденные овцами у боковых стоек. Для выпол­
нения этого условия овца должна иметь возможность доставать сено,
проникая головой максимально возможно в глубь самокормушки, а
боковые стойки по высоте не должны быть выше радиуса действия
головы овцы, что позволит исключить заклинивание сена в верти­
кальной плоскости. Установлено, что на характер взаимодействия жи­
вотного с самокормушкой оказывают влияние следующие параметры:
высота животного в холке Н, длина шеи /^ и размер головы /^.
7
Максимальное значение глубины проникновения S^^ головы овцы
в самокормушку определяется проекцией ABC на ось ОХ.
-^■nax^'l^^OS^+ZjCOSV/,
(2)
где Р, у/ — соответственно углы наклона к оси й^шеи и головы овцы,
фад.
Высота желоба составит:
h-S^igV,
(3)
где (р — угол в основании самокормушки, град.
Учитывая конституцию овцы, максимальная высота боковых стоек
^ши составит:
L^^=ff+l,smP + l^smy/.
(4)
Траектория перемещения головы животного задает основные пара­
метры формы и размеров зоны кормления. Совместное движение шеи
и морды овцы рассматривалось как работа открытой кинематической
цепи механизма двойного маятника с двумя степенями подвижности,
в связи с чем положение точки С в координатах AT определится из
системы уравнений:
х = /| cos /3 + /2 cos у/
y = H + ^^smp + l^ sin у/.
Результаты теоретических исследований по обоснованию конструк­
тивных параметров самокормушки показывают их зависимость от про­
меров экстерьера овец.
В разделе 22 «Обоснование необходимых условий свободного схода
материала и формы поверхности основания самокормушки» с учетом
физико-механических свойств сена была рассмотрена возможность са­
моподачи центральной части корма по наклонному основанию само­
кормушки к периферии.
Поедание овцами корма в глубь на 0,35...0,45 м по всему периметру
круглой самокормушки свидетельствует о значительной активной пло­
щади забора животными корма, в связи с этим возможно применение
принципа самотечной подачи центральной массы корма к периферии
в выеденные пустоты.
Процесс самоистечения был рассмотрен как результат взаимодей­
ствия силы тяжести массы корма и сил сопротивления. В период, когда
активные силы превышают силы сопротивления, происходит самопо­
дача массы.
8
(5)
в сене, уложенном на самокормушку, возникают нормальные и
касательные напряжения, обусловленные наличием трения и сцепле­
ния как между самими частицами, так и между частицами и наклон­
ным основанием. С некоторым приближением для кормовых масс,
склонных к слеживанию и самоуплотнению, было определено верти­
кальное давление внутри объема сена, сложенного на самокормушку
по эмпирической формуле, предложенной академиком Р. А. Мулером.
Анализ расчетов и эпюры распределения вертикального давления
(рис. 2) показывают, что для круглой самокормушки максимальное
давление о-^_ сосредоточено в центре нижней части, а наименьшее у
стенок. Аиотиулированное давление в центральной части массы мате­
риала можно использовать для его же движения от центра к боковым
стойкам, тем самым применить принцип самоподачи.
850
800
1
1
Н f""' Ш
750
700
1
>JV
*■
650
)
—>5ч.
'
550
1
""Г
!
500
L
1
1
1
,
,
■
1
11
-А—Конус с углом основания 30°
-*-•Кону ее уггЮМОС1нования 45!
1
1
1
'
' "VV 11
ЯчХ
!
'
600
ш
1
i
^
1
'^v
X1
i \
Радиус, м ■
Рисунок 2 — Эпюры вертикального давления
Для свободного схода корма, у которого о^ имеет выпуклую эпю­
ру, основание должно быть вогнутым внутрь с переменным углом у.
Условие свободного схода материала по поверхности наклонного
основания согласно схеме (рис. 3) запишется неравенством
cr;,cos(r + ;i:)>(T„/„,
(6)
где сг^ — вертикальное давление вышележащих слоев сена на наклон­
ное основание. Па;
сГд — нормальное давление вышележащих слоев сена на наклон­
ное основание, Па;
/„
Y
X
ft)
— коэффициент трения покоя для сена;
— угол, характеризующий кривую основания, град;
— угол между сгд и Оу^ (равный x = arctgcu), град;
— коэффициент бокового давления, определяется экспери­
ментально, для сена ш — 0,2...0,3.
Рисунок 3 — Схема напряжений и реакций сил
на наклонном основании самокормушки
Самоподача сена в самокормушке возможна с применением на­
клонной конфигурации основания, при которой обеспечивается по­
стоянство нормального на нее давления корма. Выполнить условие
а^ -> const возможно только при определении формы кривой осно­
вания, которая варьируя между углом, характеризующим кривую ос­
нования и вертикальным давлением, обеспечит сход материала от центра
к краям.
Уравнение образующей кривой основания из-за наличия переменно­
го угла Y, близко к параболе или циклоиде. Было рассмотрено распреде­
ление нормального давления по наклонной поверхности циклоидально­
го конуса и для сравнения обычных конусов с углами к горизонту 30° и
45°. Циклоидальное основание было принято на основе решения задачи о
брахистохроне. Циклоидальный конус в основании самокормушки обра­
зован вращением участка циклоиды вокруг вертикалы^юй оси (рис. 4),
уравнение которой определяется решением уравнения Эйлера для пара­
метров самокормушки г = 1,5 м и угла (р— 30° (образуемого касательной
10
к поверхности конуса у его осно­
вания с горизонтальной плоско­
стью). Угол должен быть больше
угла трения покоя для сеносоломистых материалов по стали,
полимерным поверхностям и шли­
фованному бетону. Циклоида опи­
шется системой уравнений в пара­
метрической форме:
jr = 0,81r(^-siin<'),
y = 0,Slr(i-couy/).
(7)
Рисунок 4 — Схема к расчету
циклоидального коиуса
Вершина циклоидального ко­
нуса для заданных параметров са­
мокормушки расположена на расстоянии 1,8 м от основания.
Анализ эпюры нормального давления (рис. 5) показывает, что
для конуса с углом основания 30° практически обеспечивается по­
стоянство нормального на него давления корма (<т„ —> const), т. е.
определено минимальное значение (т^ = 200...350 Па, при кото­
ром вообще возможен сход данного вида материала по наклонной
поверхности. Для конуса с углом основания 45°, и особенно для
циклоидального конуса, полученные нормальные давления существен­
но превышают минимальное значение <т^, что свидетельствует о
том, что сход материала будет ещё более интенсивным или даже
лавинообразным. Наилучшая самоподача корма непосредственно от
центра стога будет с применением в качестве основания циклоидаль­
ного конуса, где а„ =1146,6 Па, против 626,1 Па и 348,6 Па соответ­
ственно для конусов с углом основания 45° и 30°.
На основании теоретических предпосылок можно сделать следую­
щие выводы:
— для наилучшей самоподачи материала в самокормушке от цент­
ральной её части к периферии для кормов, предрасположенных
к слеживанию и трудносыпучих, наиболее приемлем в основа­
нии циклоидальный конус;
— стабильный сход материала также возможен с применением в
качестве основания конуса с углом образующей к горизонту 45°;
— минимальное значение нормального давления, при котором воз­
можно самоистечение сена, составляет с г ^ = 200...350 Па, при
наклоне плоскости к горизонту под углом 30°.
11
1200
-1
-0,5
О
0,5
Рисунок 5 — Эпюры нормального давления
1
1,5
Радиус, м
В разделе 2.3 «Расчет оптимального числа кормомест при свобод­
ном доступе животных к самокормушке» процесс поедания овца­
ми сена из самокормушки был представлен в виде обслуживаю­
щей системы, где группа одновременно находящихся на площадке
животных Nvi самокормушка с я кормоместами образуют систему
массового обслуживания, в которой источник заявок на обслужи­
вание — животные, находящиеся у самокормушки, а входящий
поток требований — случайная последовательность заявок на по­
требление сена.
Однако в отличие от типичных систем массового обслуживания с
неорганичным источником требований данная имеет ограниченный
источник, постоянно пополняемый из собственного запаса.
Состояние системы можно характеризовать или числом одновре­
менно занятых кормомест, или числом овец к, находящихся в данный
момент в ожидании очереди (в накопителе). В качестве такой характе­
ристики выберем случайную величину к. Тогда количество одновре­
менно занятых кормомест: {N — к)<, п.
Для полной вероятностной определенности системы необходимо
иметь две функции для плотности вероятности распределения време­
ни (временных интервалов): функция плотности времени ожидания в
накопителе —ДО и функция для времени кормления — h{f). Парамет­
рами этих функций являются соответственно математические ожида­
ния
т^ и т^, которые характеризуют каждую из УУовец.
12
Еще одна особенность данной системы, отличающая её от изучае­
мых в теории массового обслуживания; стоящая дольше остальных в
очереди овца не занимает немедленно освободившееся кормоместо. Его
сразу не занимают и другие. Смысл понятия очереди в рассматривае­
мой системе другой. Пусть в некоторый момент / в накопителе нахо­
дится Ловец. Присвоим им номера /в порядке поступления в накопи­
тель: 1 < /< А: — 1 и обозначим «^ время поступления /-й, причем м, = О
совпадает с моментом оставления одного из кормомест той же самой
овцой. Другого источника пополнения очереди нет.
Систему можно рассматривать и как имеющую неограниченный
источник, но при том, что в момент окончания обслуживания одного
из требований и выхода его из системы, в неё (в накопитель) посту­
пает другое, сохраняя тем самым общее число требований (овец) Л^,
находящихся в системе. Это, с другой стороны, показывает, что по­
ток в системе немарковский. Вместе с тем очевидно, что чем дальше
от конечных состояний /: = TV и А: = N-n и чем больше Л^, тем точнее
процесс можно аппроксимировать марковским с простейшими пото­
ками поступления и обслуживания требований соответственно с пара­
метрами Я = 1//7?о и 1л = 1/т^р.
Вместе с тем определено, что независимо от того, как величина «,
влияла на значения Д/), h{t), ЯД/) в начальных состояниях системы,
через небольшой промежуток времени это влияние ввиду стохастичности системы сойдет на нет и при вычислении существенных харак­
теристик можно будет обойтись без использования функций f{t) и
h{t), а использовать только средние значения m^w т
в качестве
оценок соответствующих математических ожиданий, которых будет
достаточно для расчета параметров системы.
Эти замечания позволяют перейти к системе общего вида со сколь
угодно большими N н п, где интенсивность перехода системы А^ из
состояния к = i в состояние к =j имеет смысл вероятности, отнесен­
ной к единице времени.
Система, находящаяся в неконечном состоянии k{k*0,k*
N-п),
через некоторое время после его начала переходит в одно из двух
смежных состояний к — \ или к+ \.
Интенсивность Я^ ^^, прекращения («распада») состояния А:соста­
вит:
\
к±\ -Кл-\
'•■^*, *+! ~"Г"-
т,
(*^)
13
продолжительность состояния к определим из уравнения:
1
тг- (п- iN-k))k 1 [N-ky
пщ
(9)
, Nw п среди всех значений к наибольшая; его
При заданных т^, т^^
юятность i9j составит:
^k
=
т,
-, обозначим
1^^
N
N
k=N-n
(10)
k=N-n
Вероятность того, что в состоянии к системы данная овца окажется
у самокормушки, а не в накопителе, прямо пропорциональна числу
овец, одновременно находяш^ихся у кормушки
&.{N-k)
р^-^^-^г-
^''^
При продолжительности смены Т^ математическое ожидание вре­
мени кормления одной овцы во всех возможных состояниях данной
системы найдем из уравнения:
V
-^c-^V
n-}ym,p-(N-k)
^'^^S' 'T^hirn^p^i^^-NJ^iN -кУщУИ
^^^^
При заданной норме Г времени кормления одной овцы в смену,
исходные параметры должны удовлетворять условию: Г > Г.
На основании выполненных теоретических исследований нами раз­
работана компьютерная программа расчета требуемого числа кормомест при свободном доступе животных к самокормушке. Блок-схема
алгоритма приведена на рисунке 6.
В результате приведенных рассуждений и выполненных расчетов,
используя вероятностные закономерности теории массового обслужи­
вания, удалось аналитическим путем обосновать оптимальное число
кормомест и самокормушек, для определения которых необходимо
задаться только средними временем ожидания животных в накопителе
и временем кормления, а также временем кормления животного в
течение смены и длительностью самой смены.
14
НАЧАЛО
1
ВВОДДАНИЫХ
т„. т^1,, Г,, Т,^, N,p
ii:=0
k.=N-n
РАСЧЕТ
Tt
I РАСЧЕТ Su I
РАСЧЕТ
ОЕЩЕГО
ВРЕМЕНИ КОРМЛЕНИЯ.
Т
П=11+1
С^ KOHElP^
Рисунок 6 — Блок-схема алгоритма расчета числа кормомест:
/п^^ — математическое ожидание времени кормления животного при однократном подходе к
самокормушке, т^ - математическое ожидание времени ожидания животного п накопителе
освободившегося кормоместа; Л' —поголовье животных; р—число кормомест в одной са­
мокормушке; Т^ — время смены; '1\ - норма времени кормления овец в смену; Т- время
кормления животного во всех возможных состояниях данной системы, и — оптимальное ко­
личество кормомест, 0 —требуемое число самокормутек; г— нагрузка животных на одно
кормоместо
В третьей главе «Программа и методика экспериментальных иссле­
дований» приведены общая и частные методики исследований, описа­
но оборудование и условия проведения опытов.
Исследованиями предусматривалось изучение самоподачи сена в
самокормушке, определение режимных характеристик и подтвержде­
ние предпосылок, вьщвинутых в теоретической части работы.
В задачи экспериментальных исследований входило:
— обоснование геометрических параметров самокормушки с уче­
том промеров экстерьера животного;
15
- определение физико-механических свойств фубых кормов;
- исследование усадки сена в самокормушке;
- исследование процесса самоподачи материала по основаниям раз­
личной формы;
- получение данных по длительности времени кормления и ожи­
дания Б очереди животных при свободном доступе их к само­
кормушке.
В соответствии с теоретическими предпосылками была разработана
экспериментальная установка для исследования процесса самоподачи
материала от центра к периферии, схема которой представлена на ри­
сунке 7.
р_
Рисунок 7 — Схема экспериментальной установки;
I - центральная опора; 2-боковые стойки; 3 —конус основания; 4-желоб; 5 —коль­
цевой элемент; 6 - телескопическая стойка; 7 - конический элемент; 8 - материал (сено)
Экспериментальные исследования по обоснованию формы основа1шя
самокормушки и необходимых дополнительных условий, при которых
обеспечивалась бы стабильная самоподача неизмельченного сена к жи­
вотным, проводились первоначально на модельных установках, кото­
рые представляли собой точную копию натурной самокормушки, умень­
шенной в 5 раз. Процесс поедания корма животными на модельной
установке имитировали выдергиванием материала по периметру модели.
В подтверждение полученных результатов на модельной установке
были проведены экспериментальные исследования на натурной уста­
новке в условиях крестьянского хозяйства.
16
с целью достижения наилучшей самоподачи материала в самокор­
мушки и подтверждения теоретических предпосылок по ее конст­
рукции были определены закономерности изменения некоторых фи­
зико-механических свойств грубых кормов. В частности, коэффици­
ент трения покоя грубых кормов по предполагаемым материалам для
основания самокормушки определяли на лабораторной установке «На­
клонная плоскость».
Обработка экспериментальных данных выполнялась на Э В М в со­
ответствии с принятыми правилами теории вероятностей и математи­
ческой статистики.
В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований»
представлены материалы, позволяющие подтвердить и уточнить ос­
новные теоретические положения диссертационной работы, опреде­
лить конструктивные параметры самокормушки и их требуемое коли­
чество для заданного поголовья животных.
Исследования по определению параметров самокормушки показа­
ли, что ее размеры определяются исходя из экстерьера животных. Наи­
более обоснованное расстояние между боковыми стойками для неос'фиженных взрослых овец составляет 0,25 м. При данном расстоянии
овцы не проходят в глубь самокормушки, и при этом боковые стойки
ограничивают резкие движения животных головами, что предотвра­
щает разбрасывание сена при поедании. При радиусе самокормушки
1,5 м обеспечивается расположение наибольшего числа овец по её пе­
риметру.
Результаты исследований показали, что высота боковых стоек не
должна превышать 1,1 м и высота желоба для взрослых овец составля­
ет 0,3 м. Потери кормов при заданной высоте желоба и боковых стоек
не превышают 10% от дневной нормы.
Наблюдениями за усадкой сена в самокормушке установлено, что
после 60 дней усадка бывает крайне незначительной, и объем стога
почти не изменяется. Это означает, что при естественной усадке плот­
ность сена в стоге-самокормушке после двух месяцев хранения дости­
гает максимального значения.
Для определения минимального угла наклонной поверхности осно­
вания самокормушки к горизонту и необходимых условий для само­
подачи в самокормушке были определены некоторые свойства грубых
кормов, которые показали, что коэффициент трения покоя в зависи­
мости от вица корма изменяется в небольших пределах. В большей
степени он зависит от вида поверхности трения, а именно по бетон­
ной поверхности он больше, чем по оргстеклу и стальной пластине.
17
По данным исследования нами рекомендуется принять для даль­
нейшего обоснования параметров самокормушки в качестве материала
наклонного основания листовую сталь, полимерную или шлифован­
ную бетонную поверхности, для которых при определении коэффи­
циента трения покоя для грубых кормов угол наклонной плоскости
лабораторной установки составлял не более 30°.
С целью определения формы основания самокормушки и необхо­
димых дополнительных условий, при которых наблюдался стабиль­
ный сход материала из центральной его части к периферии вниз,
выполнили опыты на модельных установках со следующими формами
основания; циклоидальный конус и обычными конусами с углами
основания 45° и 30°.
Для изучения процесса самоподачи материала по эксперимен­
тальным формам основания самокормушки выполнили следующие
опыты:
Опыт 1. Исследование возможности сползания сена под воздей­
ствием собственного веса.
Опыт 2. Исследование возможности сползания сена по основанию
самокормушки под воздействием приложенной нафузки.
Опыт 3. Исследование сползания материала после предварительно­
го радиального разреза стога.
Опыт 4. Исследование сползания материала с предварительно зало­
женной одной радиальной разделительной плоскостью и дополнительно
приложенной нагрузкой.
Опыт 5. Исследование сползания материала по основанию с пред­
варительно заложенной одной диаметральной плоскостью.
Обобщенные результаты экспериментальных исследований процес­
са сползания материала по поверхности обычных конусов и циклои­
дального конуса в основании представлены в таблице 1.
По данным таблицы I видно, что для такого связанного материа­
ла, как сено, процесс самоподачи наблюдался только после нару­
шения цельной связанности материала в стоге. Стабильно-лавино­
образная самоподача центральных частей материала к периферии
без дополнительной нагрузки была достигнута с применением в
основании самокормушки циклоидального конуса при выполнен­
ном диаметральном разрезе стога. Для конуса с углом 45° также
после выполнения диаметрального разреза (или заложенной при ук­
ладке стога диаметральной плоскости) наблюдалась самоподача цен­
тральных частей к периферии, но не так интенсивно, как при цик­
лоидальном конусе.
18
Таблица 1 — Результаты исследования процесса сползания
материала в модели-самокормушке
Способы разрезания
и нагрузки, прикладываемые
к модели
Без разрезов и под
собственным весом
Без разрезов и после
приложения дополнительной
нагрузки (45 кг)
При радиальном разрезе
и без дополнительной
нагрузки
С радиальным разрезом
циклоидальный
конус
V = 2,61м'
нет
сползания
Вид основания
конус с углом
основания 45°
V = 3,54 м'
нет
сползания
конус с углом
основания 30°
V = 2,04 м'
нет
сползания
нет
сползания
нет
сползания
пет
сползания
нет
сползания
сползает
с приложением
нагрузки 2,9 К1
нет
сползания
сползает
с приложением
нагрузки 3,5 кг
сползает
с приложением
нагрузки 0,6 кг
нет
сползания
сползает
с
приложением
и дополнительно приложенной
нагрузки 2,2 кг
нагрузкой
С одной диаметральной
стабильноплоскостью или
лавинообразное
диаметральным разрезом
сползание
стабильное
сползание
При сравнении их объемов становится очевидным, что объем цик­
лоидального конуса составляет 2,6 м' против 3,5 м^ для конуса с углом
основания 45°. Это значит, что в самокормутку с циклоидальным
конусом основания можно заложить сена на 26,2% больше, в отличие
от конуса с углом основания 45°.
Проведенные натурные исследования сползания сена в самокормушке
подтвердили результаты модельных опытов. Стабильная самоподача сена
достигнута с применением в основании циклоидального конуса (рис. 8).
После выполнения разреза самокормушка должна быть обязатель­
но накрыта крышей для предотвращения замокания и порчи сена.
На основании проведенных исследований в фермерском хозяй­
стве «Gut Canova» в Швейцарии по определению оптимального чис­
ла кормомест установлено, что длительность однократного кормле­
ния овец сеном из самокормушки носит случайный характер, подчи­
няющийся нормальному закону распределения с вероятностью 0,8...0,9.
Это подтверждает возможность использования системы массового об­
служивания для определения числа самокормушек. В результате обра­
ботки полученных данных хронометрирования определены длитель­
ность однократного нахождения овцы у кормоместа 0,10...0,15 ч, время
нахождения в очереди 0,05...0,10 ч и общее время кормления овцы в
смену 3,0...3,2 ч (рис. 9 и 10).
19
Рисунок 8 — Натурные исследования самокормушки
5 40
/
/
/•'
/
' \
R' = 0,82СИ
1
.
6
8
1 — = ,
^35
лN
\
1
/
<|
1
10
12
, мин
Рисунок 9 — График, характери­
зующий среднюю длительность
времени однократного нахожде­
ния овцы у самокормушки
30
25
20
'
'
.'
-.Х* '
100
15
10
— Часовая звфузка
—Сменная загрузка
5
9
10
11
12
13
1
14
1
15
_
50
1
о
16 t,4
Рисунок 10 — График часовой
и сменной загрузки
самокормушки овцами
При вводе полученных данных наблюдения в Э В М по разработан­
ной программе определено оптимальное число самокормушек в зави­
симости от поголовья. Результаты компьютерного расчета для овце­
фермы приведены в таблице 2.
Расчет показал, что в зависимости от заданного поголовья овец
изменяется необходимое число кормомест и самокормушек. Так, для
поголовья в 100 овец оптимальное число кормомест равно 61, это
значит, что для одновременного их кормления требуется две разрабо­
танные нами самокормушки с 34 кормовыми местами.
20
Таблица 2 — Результаты компьютерного расчета числа
самокормушек для овцефермы при исходных данных:
7;= 3,0 ч, Г^= 8,0 ч, т , = 0,05 ч, w =0,12 ч
Параметры
Число овец, гол.
Оптимальное число кормомест, шт.
Расчетное число самокормушек, шт.
Фактическое число самокормушек
с 34 кормоместами, шт.
50
31
0,91
100
61
1,79
Значения
150
92
2,72
200
122
3,58
250
152
4,47
1
2
3
4
5
Результаты проведенных исследований позволили спроектировать
кормовую площадку на 100 голов овцематок, предназначенную для
скармливания страхового запаса сена в зимний стойловый период.
В пятой главе «Экономическая и энергетическая эффективность
технологического процесса скармливания сена овцам» проведена срав­
нительная экономическая и энергетическая оценка технологического
процесса скармливания рассыпного неизмельченного сена овцам.
Экономические показатели предлагаемого оборудования для скар­
мливания рассыпного сена овцам подтверждают целесообразность его
применения в хозяйствах населения и фермерами, где в сравнении с
базовой технологией раздачи сена затраты труда сократились в 4,4 раза,
удельные энергозатраты уменьшились в 5... 10 раз, а срок окупаемости
капитальных вложений в зависимости от принятого варианта изготов­
ления самокормушки составляет от 0,3 до 1,0 года.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ
1. Одной из главных причин убыточности отрасли овцеводства яв­
ляется использование прежних технологий содержания овец, которые
являются материале- и энергоемкими, не имеют направленности к
ресурсосбережению и поэтому в современных экономических услови­
ях оказались неэффективными. Наиболее трудоемким продолжает ос­
таваться процесс раздачи рассыпного сена овцам, т. к. в подавляющем
большинстве хозяйств раздача осуществляется вручную.
2. Один из элементов малозатратной технологии кормления овец
для фермерских хозяйств и хозяйств населения является разработан­
ная нами дешевая в изготовлении и простая в обслуживании самокор­
мушка (патент на изобретение №2231255), которая обеспечивает со­
хранность и непрерывную самоподачу неизмельченного сена к овцам
в процессе кормления.
21
3. Результаты теоретических исследований по обоснованию конст­
руктивных параметров самокормушки показывают их зависимость от
промеров экстерьера животных и физико-механических свойств корма.
Исследованиями установлено, что оптимальными параметрами самокор­
мушки является: радиус основания 1,5 м, расстояние между боковыми
стойками 0,25 м, высота желоба 0,3 м, высота боковых стоек 1,1м.
4. Самоподача сена в самокормушке от центральной её части к пери­
ферии вниз осуществляется с применением в основании циклоидального
конуса с углом основания 30° и высотой 1,8 м. Для обеспечения стабиль­
ного процесса самоподачи материала для таких связанных материалов
как сено, необходимо выполнить диаметральный разрез стога или при
укладке сена в самокормушку заложить диаметральную плоскость.
5. Разработано программное обеспечение для расчета на Э В М оп­
тимального количества кормомест и числа самокормушек для любого
поголовья животных при свободном групповом доступе их к корму.
Спроектирована кормовая площадка с расстановкой оборудования для
скармливания поголовью в 100 овцематок заготовленного на зимний
стойловый период страхового запаса сена.
6. Капитальные вложения в зависимости от принятого варианта
изготовления самокормушки составляют от 39 до 130 тыс. руб. и оку­
наются соответственно в течение 0,3 и 1,0 лет. Затраты труда за счет
исключения ежедневной раздачи корма животным в сравнении с ба­
зовой технологией снижаются в 4,4 раза (с 286,8 до 65,0 ч). Внедрение
предлагаемых технологических и технических решений с применени­
ем самокормушек вместо использования базовой технологии позволя­
ет получать чистый диcкo^^тиpoвaнный доход за период эксплуатации
(5 лет) в 143,0...215,8 тыс. руб. на поголовье 100 овцематок. Удельные
энергозатра1ы по разработанному оборудованию составили 0,3...0,6 ГДж,
что в 5... 10 раз менее энергоемко по сравнению с базовой технологи­
ей ежедневной раздачи сена овцам.
ПО Т Е М Е ДИССЕРТАЦИИ
ОПУБЛИКОВАНЫ С Л Е Д У Ю Щ И Е РАБОТЫ:
1. Свидетельство на полезную модель №30240 Р Ф , MUK' А01 К5/00.
Стог-самокормушка / А. А. Тенеков, В. X. Малиев, А. А. Богатюк
(РФ). - №2002132109; заявлено 03.12.2002; опубл. 27.06.2003. Бюл.
№ 1 7 - 3 с.
2. Свидетельство на полезную модель №31484 Р Ф , МПК'' А01 К5/00.
Самокормушка для животных / А. А. Тенеков, В. X. Малиев, А. А. Бо22
гатюк (РФ). - №2002133334; заявлено 15.12.2002; опубл. 20.08.2003.
Бюл. №37 - 3 с.
3. Тенеков, А. А. Исследование системы животное-корм-самокор­
мушка / А. А. Тенеков, Л. А. Рыжков // Физико-технические пробле­
мы создания новых технологий в агропромышленном комплексе: Ма­
териалы I I Российской науч.-практ. конф. — Ставрополь: Издательство
«Сервисшкола», 2003. - Т. I - С. 286-288.
4. Тенеков, А. А. Новое решение в применяемой технологии корм­
ления овец в фермерских хозяйствах / А. А. Тенеков, В. X. Малиев,
А. А. Богатюк // Физико-технические проблемы создания новых тех­
нологий в агропромышленном комплексе: материалы I I Российской
науч.-практ. конф. — Ставрополь: Издательство «Сервисшкола», 2003. —
Т. 1 - С. 283-286.
5. Тенеков, А.А. Профессивная технология кормления животных /
А.А. Тенеков, Л.А. Рыжков // Техника и оборудование для села. —
2003. - №3(69). - С. 7-9.
6. Тенеков, А.А. Конструктивные параметры самокормушки для
фубых кормов / А. А. Тенеков, Н. Д. Чистяков, В. X. Малиев // Сб.
науч. тр. / С Н И И Ж К . - Ставрополь, 2003. - Вып. 1. - Ч. 1. - С. 135138.
7. Тенеков, А.А. Обоснование параметров стога-самокормушки для
Фубых кормов /А. А. Тенеков, Л. А. Рыжков // Перспектива — 2003:
Материалы Всероссийской науч. конф. студентов, аспирантов и моло­
дых ученых / Каб.- Балк. ун-т. — Нальчик, 2003. — Т. IV. — С. 60—64.
8. Тенеков, А А. Типы самокормушек для животных в странах ЕС /
А. А. Тенеков, Л. А. Рь1жков // Овцы, козы, шерстяное дело. — 2004. —
№ 1 . - С . 49-52.
9. Патент на изобретение №2231255 Российская Федерация, М П К '
А01 К5/00, А 01 F 25/04. Стог-самокормушка / А. А. Тенеков, В. В. Милошенко, В. X. Малиев, А.А. Богатюк. — №2002121183; заявлено
05.08.2002; опубл. 27.06.2004. Бюл. №18 - 6 с : ил 2.
10. Тенеков, А. А. Определение оптимального числа кормомест при
свободном доступе животных к самокормушке // Проблемы и перс­
пективы овцеводства и козоводства: Материалы Международной науч.практич. конф./ С Н И И Ж К . - Ставрополь, 2005. - Ч. 2. - С. 76-81.
11 .Тенеков, А. А. Обоснование формы поверхности самокормуш­
ки / А. А. Тенеков // Проблемы и перспективы овцеводства и козовод­
ства: Материалы Международной науч.-практич. конф. / СНИИЖК. —
Ставрополь, 2005. — Ч . 2. — С. 71-76.
Б
■.;Q
20431
РЫБ Русский фонд
2006-4
22409
Подписарго в печать 20.10.2005. Формат 60x84V,j. Бумага офсетная.
Гарнитура «Times». Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,4.
Тираж 100 экз. Заказ №661.
Издательство СтГАУ «АГРУС»,
г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, 12.
Тел./факс' (8652) 35-06-94 E-maii:agms@stgau.ru; http://www.agras.stgau.ru.
Налоговая льгота — Общероссийский классификатор продукции
О К 005-93-953000.
Отпечатано в типографии издательско-полифафического
комплекса СтГАУ «АГРУС», г. Ставрополь, ул. Мира, 302.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
1 137 Кб
Теги
bd000102438
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа