Актуальність необхідності удосконалення технологічного процесу роздавання корму

      1. Актуальність необхідності удосконалення технологічного процесу роздавання корму

 

      Систему корм - машина - корова - продукція можна  розглядати як замкнуту інформаційну систему зі зворотним зв'язком. Її головні об'єкти - корм і корова, між  якими є такий зв'язок: чим більше живильних речовин надійде з  корму в організм корови, тим більше вона дасть продукції. Зоотехнічна наука вивчає  подібні залежності і визначає найбільш економічні методи підвищення продуктивності тварин шляхом удосконалення раціонів годівлі, і до цих раціонів повинні бути пристосовані технічні засоби роздавання корму.

      Співвідношення  різних по поживності і фізико-механічних властивостях кормів, що входять у  раціон, характеризує тип годівлі, вибір  якого визначається не тільки необхідністю забезпечити тварин належною кількістю  живильних речовин, але й фізіологічними особливостями їхнього травлення. Саме тому, наприклад, не можна перейти на згодовування коровам, як і іншим жуйним тваринам, мало об'ємистих концентрованих кормів - недостатнє завантаження травного тракту кормом викликає порушення функцій організму.

      Технологічне  устаткування, що доставляє корм тваринам, повинне утворювати потокову лінію. Оскільки корм потрапляє тваринам мобільними кормороздавачами, які не забезпечують необхідної рівномірності роздавання відповідно до припустимих зоотехнічних норм різних кормів, то необхідно розробити таку технологічну лінію роздавання кормів, яка б забезпечувала рівномірність роздавання кормів і мінімальні втрати.

      2. Вихідні дані

      Засоби  механізації процесу роздавання кормів повинні задовольняти наступним зоотехнічним вимогам:

      - забезпечувати встановлену точність  дозування і рівномірність видачі  кормів;

      - мати можливість дозувати корм  кожній тварині окремо або  групі тварин;

      - робочі органи кормороздавача  не повинні погіршувати якість (пере- подрібнення, забруднення і т.п.) або допускати втрати корму;

      - не створювати небезпеки для  тварин і обслуговуючого персоналу,  бути простими в експлуатації  і обслуговуванні, надійними і  довговічними в роботі.

      Припустимі  відхилення від заданої норми  видачі для стеблових кормів повинні бути в межах 15%, а концентрованих – 5%. Незворотні втрати кормів в процесі роздавання не повинні перевищувати 1%.

      Тривалість  циклу роздавання кормів в одному приміщенні мобільними засобами не повинна перевищувати 30 хвилин, а стаціонарними - 20  хвилин.

      Кормороздавачі  повинні відрізнятися універсальністю  щодо можливості роздавання різних видів кормів у межах однієї ферми і регулювання норми видачі від мінімального до максимального значення, а також високою продуктивністю: не створювати надмірного шуму в приміщенні, легко очищатися від залишків корму і забруднень; мати строк окупності не більше 2-х років і коефіцієнт готовності не менш 0,98.

      Доцільним є застосування універсального кормороздавача, що дозволяв би роздавати, крім стеблових кормів, концентровані корми, подрібнені коренеплоди і інші суміші кормів. Для господарства закупівля подібних роздавачів не прийнятна через їхню високу вартість. Оскільки в господарстві використовуються роздавачі КТУ - 10А, які не мають таких можливостей, то у зв'язку із цим з'явилася необхідність модернізації кормороздавача КТУ-10А з метою поліпшення технологічного процесу роздавання різного роду кормів для ВРХ.

      Недолік даного кормороздавача - висока нерівномірність  видачі корму. Хоча він високопродуктивний, але, через намотування стебел на бітери, дозатор не працює на видачі довгостеблової кормової маси. Крім того, він не може видавати подрібнені коренеплоди, гранульовані корми, гніт, вологі мішанки з необхідними якісними показниками.

      3. Технологічна схема роботи удосконаленого кормороздавача 

      Технологічна  схема роботи удосконаленого кормороздавача приведена на рис. 3.1.

      

      Рис. 3.1. Технологічна схема роботи удосконаленого кормороздавача.

      4. Вибір аналогів  і прототипів мобільних кормороздавачів

 

      На  фермах великої рогатої худоби широке поширення одержали причіпні бункерні кормороздавачі із приводом від вала відбору потужності трактора. Наукові дослідження і передова практика показали, що кормороздавачі можуть застосовуватися з найбільшою ефективністю при наявності на фермах кормових площадок із твердим покриттям. Це забезпечує зручний під'їзд трактора з кормороздавачем до місць складування кормів, тваринницьких приміщень, безпосередньо їхніх годівниць і виключає можливість забруднення колесами агрегату проходів у приміщеннях.

      Кормові проходи повинні мати ширину не менш 3 м, а годівниці - висоту задньої стінки не більшу за 0,75 м.

      Приведемо приклади деяких кормороздавачів, що знайшли  застосування на фермах.

      Кормороздавач тракторний універсальний КТУ - 10А  призначений для перевезення і роздавання в годівниці на одну або дві сторони подрібнених стеблових кормів.

      Основні вузли машини: ходова частина, роздавальні  пристрої, гальмова система і система електроустаткування. Ходова частина із днищем включає осі з колесами, ресори, тягово-зчіпний пристрій і два спільно працюючі ланцюгово-планчаті полотна поздовжнього транспортера з натяжними пристроями; до привода кормороздавача входять: вал телескопічний привода поздовжнього і вивантажувального транспортерів, конічний редуктор і привод блоку бітерів.

      Бітерний дозуючий пристрій складається із блоку бітерів і поперечного транспортера. Вони працюють у сполученні з поздовжнім транспортером.

      При роздаванні кормів на дві сторони  встановлюють два малих полотна, а на одну сторону - одне загальне полотно.

      Норма видачі кормів регулюється зміною швидкості  руху поздовжнього транспортера до поступальної швидкості агрегату.

      Кормороздавач транспортується тракторами класу 14 кн. Корми роздають при русі трактора в приміщенні на першій передачі, а  на відгодівельній площадці - на другій.

      Вантажопідйомність  кормороздавача 3500 кг, максимальна місткість бункера з надставними бортами - 15 м³.

      У цей час на фермах знаходять застосування кормороздавачі РСП - 10, РММ - 5, АРС - 10.

      Мобільний малогабаритний роздавач РММ - 5,0 призначений  для транспортування і видачі на ходу на одну або дві сторони подрібнених листостеблових кормів, сумішей із сипучими кормами, коренебульбоплодів і інших зелених і соковитих подрібнених кормів. Він може бути використаний для перевезення кормів і підстилкових матеріалів із самовивантаженням назад. Габарити машини дозволяють використовувати його в приміщеннях з кормовими проходами шириною 2 м. Машина складається з одноосьового напівпричепа, кузова з надставними бортами, поздовжнього напільного транспортера, блоку бітерів, двох поперечних транспортерів і механізму привода. У цьому роздавачі забезпечується більш точна рівномірність дозування і самоочищення бітерів.

      Причіпний роздавач-змішувач кормів РСП - 10 призначений  для прийому заданої дози компонентів  раціону, транспортування їх і рівномірного роздавання отриманої кормосуміші  на фермах ВРХ із шириною кормового  проходу не менш 2,2 м, висотою годівниці не більше 750 мм. По конструктивному виконанню він представляє собою двоосьовий причіп із установленим на ньому бункером, кормозмішувальними (два верхні шнеки) і кормороздавальними (нижній шнек із двома навивками різного напрямку і вивантажувальне вікно з годівницею) робочими органами. Посередині кузова під вивантажувальним вікном із заслінкою розташований ланцюгово-планчатий вивантажувальний транспортер. Верхні шнеки мають на кінцях відбивні витки, що оберігають корм від нагромадження і ущільнення біля торцевих стінок кузова.

      5  Технологічний розрахунок  кормороздавача

 

      Потрібну  масу корму в бункері визначаємо по формулі:

       , кг,  (5.1)

      де q_ip – разова дача корму (норма видачі на 1 голову), кг; q_ip=14,52 кг:

      m_ip – число голів у ряді; m_ip=100;

        n_p – число рядів тварин, що обслуговуються, n_p=2;

       k₃ – коефіцієнт запасу корму; k₃=1,05…1,1[5];приймаємо k₃=1,08.

      

 кг≈3,14 т 

      Пересувний  кормороздавач, що проходить уздовж годівниць, повинен мати продуктивність, що забезпечує видачу необхідної кількості  корму на кожну голову відповідно до прийнятих в господарстві норм [10]:

       , т/год.,  (5.2)

      де L – довжина фронту годівлі, тобто загальна довжина годівниць що завантажуються кормороздавачем,  м;

        – робоча швидкість кормороздавача, м/с;  =0,47…1,70м/с [5]; приймаємо =1,7 м/с.

       , м, (5.3)

      де l_k – довжина одного кормомісця, м; l_k=1,2 м [5];

      m_o – кількість голів, що приходиться на одне кормомісце; m_o=1 [10].

      Тоді 

м;

      

 т/год.

      Об’єм бункера знаходимо по формулі:

       , м³, (5.4)

      де  – щільність укладання корму в бункері, кг/м³; 450 кг/м³ [5];

       _зап – коефіцієнт заповнення бункера, _зап =0,8…0,9[5]

      

м³.

      Приймаємо V_б=10 м³.

      Визначаємо  розміри бункера по формулі:

       , м;  (5.5)

      де l_б – довжина бункера, м; l_б=4 (табл. 45 [5]);

      в_б – ширина бункера, з урахуванням кормових проходів, м; в_б =2 м (табл. 45 [5];

      h_б – висота бункера, м.

      

 м.

      Визначаємо  необхідну швидкість поздовжнього транспортера, з якою моноліт корму в бункері переміщається до дозуюче-вивантажувального пристрою по формулі;

       , м/с,  (5.6)

      Де   q_м – розрахункова лінійна щільність корму, кг/м;

      h – висота моноліту, м; h=1,1 м [2];

      в – ширина моноліту, м; в=2 м;

      k_б – коефіцієнт буксування; k_б=0,95…1,[5]; приймаємо k_б=0,95;

      k_о – коефіцієнт відставання; k_о=0,94…0,96[5]; приймаємо k_о=0,95.

      Розрахункову  лінійну щільність корму визначаємо по формулі:

       , кг/м; (5.7)

      

 кг/м.

      Тоді      м/с.

      Необхідна продуктивність шнекового вивантажувального  транспортера розраховуємо по наступній залежності:

       кг/с.   (5.8)

      Визначаємо  необхідну частоту обертання  шнека по уточненій формулі професора В.В. Красникова:

       , 1/с;   (5.9)

      де  D і d – діаметри шнека і вала, м; D=300 м; d=40 м;

       S – крок шнека, м; S=0,16 м;

      n_ш – частота обертання шнека, ;

        – щільність корму, кг/м³;

                k_п – диференціальний коефіцієнт продуктивності:

       , (5.10)

        де k₃ – коефіцієнт, що враховує вплив конструкції завантажувального пристрою на продуктивність; k₃=0,5…1,0; приймаємо k₃=1,0;

               k – коефіцієнт, що враховує вплив кута нахилу шнека; k =0,3…1,0; приймаємо k =1,0;

               k – коефіцієнт, що враховує відставання середньої осьової швидкості продукту від окружної швидкості шнека; k =0,9…0,6; k =0,7для тихохідного шнека;

      k_v – коефіцієнт використання міжвиткового об’єму; k_v=0,2…0,9; приймаємо k_v=0,8.

                                         .

      Тоді

      

с^-1. 

      6  Кінематичний розрахунок  кормороздавача 

      Привод  робочих органів машини здійснюється від вала відбору потужності трактора з обертами n=535 хв^-1.

      Далі  крутний момент через запобіжну  муфту передається на конічний редуктор. Через проміжний вал крутний момент передається на блок бітерів. На вал крайнього бітера через конічну передачу встановлений кривошип, що через шток впливає на храпове колесо. Храпове колесо жорстко посаджене на вал привода поздовжнього транспортера, що у свою чергу надає рух поздовжньому транспортеру. Привод поперечного транспортера здійснюється від зірочки, що знаходиться на приводному валі конічного редуктора. Зірочка змінна, з кількістю зубів z₄=12, z₄^/=9.

      Знаючи  швидкість поперечного транспортера, визначимо оберти вала поперечного транспортера:

       , хв^-1;     (6.1)

      де  – діаметр вала поздовжнього транспортера, м;

              – швидкість переміщення  поздовжнього транспортера, м/с;  = 0,359 м/с.

      

 хв^-1.

            Визначимо частоту  обертання проміжного вала:

       , хв^-1;     (6.2)

      де  – оберти поперечного вала, хв^-1;

              – передаточне число редуктора.

      

 хв^-1.

            Визначаємо частоту  обертання бітерів по формулі:

       , хв^-1;     (6.3)

      де  – передаточне число привода бітерів.

      

 хв^-1.

            Кінематична схема  проектованого кормороздавача представлена в графічній частині.

      7  Енергетичний розрахунок

 

      Визначимо потужність, необхідну для привода  кормороздавача:

        кВт,   (7.1)

      де N₁ – потужність, затрачувана на привод бітерів, кВт; N₁ 7 кВт, [10];

           N₂ – потужність, затрачувана на привод подавального транспортера, кВт; N 2,0 кВт, [10];

       N₃ – потужність, затрачувана на привод вивантажувального транспортера, кВт;

       , кВт,    (7.2)

      де    – осьова швидкість корму, м/с;

       , м/с, (7.3)

      де S – крок витка, м;

      n – частота обертання шнека,  хв^-1

      

 м/с,

      G – маса корму в шнеці, кг; G =15 кг;

        – кут підйому гвинтової  лінії;  =

      f – коефіцієнт тертя корму в  шнеці; f=0,16 [10].

      

 кВт.

            Оскільки в кормороздавачі два шнеки, то N₃ = 0,02 кВт.

      N₄ – потужність, затрачувана на привод барабанного дозатора, кВт:

        кВт,                                    (7.4)

      де К_з – коефіцієнт запасу потужності (К_з=1-1,3);

      М - крутний момент на валі дозатора, Нм;

      n – частота обертання барабана, с^-1;

              – ККД приводного механізму  (приймаємо  =0,8).

            Крутний момент на валі циліндричного барабана визначаємо по формулі:

        Н×м ,                             (7.5)

      де  G – сила тиску насипного матеріалу на барабан, Н;

            G₀ – маса барабана, кг, (G₀=96 кг);

             Д_е – діаметр цапф барабана, м (Д_е=0,18 м);

              К_оп – коефіцієнт опору в цапфах (К_оп=2,5).

            Для вала циліндричного  барабана приймаємо підшипники кочення. Силу тиску матеріалу на барабан G знаходимо по формулі:

                                                      Н,                                         (3.19)

      де h – висота корму над барабаном, м (h=1,6 м);

      r – об'ємна маса корму, кг/м³; для ущільненого концентрованого корму приймаємо r=1200 кг/м³;

            g – прискорення  вільного падіння, g = 9,81 м/с²;

             F_в.в – площа вивантажувального вікна, м² (F_в.в = 0,05 м²).

      

(Н).

            Тоді крутний момент на валі барабана буде дорівнювати: 

      

(Н×м).

      

(кВт).

            Тоді    N=7+2+0,02+0,7=9,72 кВт.

8. Розрахунок вала вивантажувального шнека на міцність

 

      Об'єктом  дослідження на міцність є вал  шнекового транспортера. На вал діють  крутний момент Т_кр і згинальний момент від нормально-розподіленого навантаження, рівного

       , Н/м,     (8.1)

      де  – зусилля на один виток шнека; експериментально встановлено =100 Н [10].

      

 Н/м,

      а також вал вигинається силою, що діє на вал від ланцюгової передачі Q_В:

       , Н;    (8.2)

        м/с,         (8.3)

      де  – окружна швидкість зірочки, м/с;

              – крок ланцюга, мм;

              – оберти шнека, хв^-1;

              – коефіцієнт динамічності.

            Приймаючи коефіцієнт динамічності =1,3, одержимо

                                            Н;

                  Н;    (8.4)

                      Н.    (8.5)

            Визначаємо реакції  в опорах у горизонтальній площині:

            ;  (8.6)

        Н; (8.7)

            ;   (8.8)

        Н.  (8.9)

            Знайдемо згинальні  моменти в характерних перетинах:

        Н∙ м.   (8.10)

            Максимальне значення згинального моменту визначаємо в перетині X₁:

       , Н·м.       (8.11)

            Значення X₁, при якому визначимо, взявши похідну й дорівняємо її до нуля:

           (8.12)

        м.    (8.13)

            Тоді    Н∙ м.

      

              Рисунок 1.3 - Розрахункова схема вала шнека на міцність

      Знайдемо  реакції опор у вертикальній площині:

            ;   (8.14)

        Н;   (8.15)

            ;   (8.16)

        Н.   (8.17)

      Згинальний  момент у перетині В  буде дорівнювати:

        Н∙ м.    (8.18)

      Згинальний  момент у перетині Х₁ буде дорівнювати:

        Н∙ м.    (8.19)

            Сумарні згинальні  моменти будуть рівні:

        Н∙ м. (8.20)

        Н∙ м.  (8.21)

            Крутний момент у  небезпечному перерізі приймаємо рівним

        Н∙ м.   (8.22)

            Еквівалентний момент у цьому перетині буде дорівнювати

        Н∙ м. (8.23)

            Визначимо діаметр  порожнистого вала шнека з умови  міцності

       ,    (8.24)

      де  =65 МПа – допустиме напруження на вигин при закономірному циклі зміни номінальних напружень.

              мм. (8.25) 

            За ДСТ 8734-75 приймаємо, з конструктивних міркувань, вал  барабана – Труба  .

      9.  Підбір підшипників

 

      Оскільки  сумарне радіальне навантаження на опорах підшипників дорівнює F_r =680 Н і є незначне осьове навантаження, то вибираємо конічні роликопідшипники легкої серії №7208 ГОСТ 333-71, у яких d =40мм; D =80м, В =20м; С₀ =42 кН; С =33 кН; n_пр =4000 хв^-1; m =0,485 кг. 

      10. Конструктивна схема кормороздавача КТУ-2А 

      Модернізований  кормороздавач містить поперечний транспортер і поздовжні транспортери, розташовані в ємності, бітери, обмежувальну рухливу поворотну стінку, два вивантажувальні шнеки, установлені замість вивантажувальних стрічкових транспортерів, кінематичну коробку; установлені піддони і упори. Для роздавання і необхідного дозування концентрованих кормів у зоні бітерів над вивантажувальними шнеками встановлені бункер і барабанний дозатор. 

      

      Рис. 10.2. Конструктивна схема кормороздавача КТУ-2А

      1-вивантажувальні  шнекові транспортери; 2-повздовжні  транспортери; 3-вісь транспортера; 4-ємність; 5-розділювач; 6-блок бітерів. 

      11. Опис роботи розробленої машини 

      Кормороздавач працює у такий спосіб.

      При видачі стеблових кормів поворотна  обмежуюча стінка встановлюється над  блоком бітерів. Завантажені стеблові корми в ємності при видачі їх у годівниці подаються поздовжніми транспортерами до бітерів, які поступово зчісують їх на поперечний транспортер, і далі вони надходять у годівниці.

      Захоплені зірочками, планками поздовжніх транспортерів  частки корму, просуваючись по піддону, попадають у шнек і видаються  далі в годівницю, а частки, що продовжують рух, досягають натяжних зірочок і при повороті планок також уловлюються піддоном. Частки, що потрапили під поперечний транспортер, також уловлюються піддоном. При видачі стеблових кормів поворотна обмежуюча стінка виконує роль обмежника; зрізуючи верхівку кормової призми, вона охороняє корм від розкидання.

      У випадку роздавання концентрованих кормів, поворотна стінка опускається, перекриваючи при цьому зону бітерів, даючи можливість працювати тільки нижньому бітеру. При цьому концентровані корми надходять у шнековий вивантажувальний механізм і подаються в годівниці.