WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

Межуева Лариса Владимировна

МЕХАНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

процесса смеСЕПРИГОТОВЛЕНИЯ

05.20.01 – технологии и средства механизации сельского хозяйства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Оренбург – 2008

Работа выполнена в отделе биотехнических систем  Оренбургского научного центра Уральского отд.  РАН 

Научный консультант  -  доктор технических наук,

профессор А. П. Иванова

Официальные оппоненты:  доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Н.К. Комарова

доктор технических наук,

профессор З.В. Макаровская

  доктор технических наук,

профессор Т.М. Зубкова

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт механизации животноводства

Защита диссертации состоится  «26 » декабря 2008г. в «10» часов на заседании диссертационного совета Д 220.051.02 ФГОУ ВПО Оренбургском  государственном аграрном университете по адресу: 460795, ГПС, г.Оренбург, ул. Челюскинцев, 18.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО Оренбургского  государственного аграрного университета

Автореферат разослан « 26» ноября 2008г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор М.М. Константинов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Приоритетным национальным проектом «Развитие АПК России» предусмотрено стимулирование развития малых форм хозяйствования, к которым относятся крестьянские (фермерские) хозяйства. Как отметил академик Россельхозакадемии Н.В.Краснощеков: «Развитие МФХ невозможно без перехода от ручного труда и «народных» технологий, на которых базируется производство сегодня, к применению современных технологий и средств малой механизации». Приоритеты и обеспечение реализации поставленных задач возможны лишь при наличии фундаментальных, базовых, научных основ, т.к. дефицит технологий по производству сырья и готовой продукции негативно сказывается на эффективном использовании мощностей и конкурентноспособности хозяйств.

Принципиально важно учитывать то обстоятельство, что процесс кормопроизводства  необходимо рассматривать не только в масштабах крупного животноводческого комплекса, но и  в приложении к  малым и фермерским хозяйствам, удельный вес которых в АПК составляет в среднем по России 27-29%.

В общем процессе производства продукции животноводства на долю кормов приходится более половины затрат в ее себестоимости. В связи с этим вопросы  получения однородных кормосмесей, сбалансированных по питательным элементам  приобретают первостепенное значение.

Создание однородной кормовой массы является весьма сложной технологической задачей, зависящей от множества независимых друг от друга характеристик. Использование комплексного подхода к процессу получения кормосмесей, включающего такие технологические подходы, как подготовка кормовых компонентов, водоподготовка и смешивание, функционально связанных между собой, позволило бы создать предпосылки к повышению эффективности получения однородной смеси. Комплексная разработка оптимального технологического процесса на базе универсальных высокоэффективных аппаратов, экономически выгодных для фермеров, с выходом на качественные характеристики кормов, позволяющие повысить продуктивность животноводства, является ключевой проблемой на сегодняшний день.

Цель исследования – выявление общих закономерностей, позволяющих повысить эффективность процесса приготовления однородной кормовой смеси с  разработкой  ресурсосберегающих технологий и технических средств для фермерских хозяйств.

Объект исследования – процессы подготовки кормовых компонентов разной влажности и их смешивания в вибросмесителях.

Предмет исследования – закономерности и взаимосвязи технологических процессов получения качественных кормов.

Задачи исследования:

1)  Дать аналитическую оценку  современному состоянию и особенностям организации кормовой базы для животных с разработкой  методологии исследований, создающей основы  повышения эффективности приготовления однородных кормосмесей.

2) Обобщить результаты научных  исследований  по обоснованию технологических требований к производству однородных кормовых смесей с целью возможного научного прогнозирования качества продукции.

3) Разработать теоретические модели и принципы, позволяющие исследовать процессы водоподготовки, подготовки кормовых компонентов и вибросмешивания.

4) Разработать технологические схемы  подготовки кормов к скармливанию и водоподготовки, повышающие качество и снижающие энергоемкость  процесса  приготовления кормосмесей.

5) Исследовать основы проектирования конструкции вибросмесителя со сменными рабочими поверхностями  для малых ферм.

6) Исследовать  надежность  работы  технической системы, обеспечивающих ожидаемую вероятность безотказной работы.

Научная новизна работы:

Определены тенденции развития кормовой базы с разработкой  методологии исследований, создающей основы  повышения эффективности получения однородной кормосмеси.

Разработана имитационная модель параметрического синтеза процесса получения однородной  кормовой массы на основе комплексного подхода, включающая подготовку кормокомпонентов, водоподготовку и смешивание, с последующим контролем качества готового продукта;

Выведена теоретическая концентрация ключевого компонента для сыпучей и влажной смеси, позволяющая прогнозировать качество продукции.

Предложены методики  определения и оптимизации структурно-параметрических элементов системы приготовления однородной кормовой смеси.

       Разработаны способы, конструкции, методы, обеспечивающие повышение качества приготавливаемых кормосмесей  и снижение энергоемкости  процесса смешивания с рекомендациями по проектированию конструктивно-геометрических элементов, обеспечивающих процесс с оценкой качества кормосмесей разной влажности, определены режимные составляющие получения продукции. 

Представлена информация о надежности функционирования вибросмесителей, создана концептуальная модель  исследования вибросмесителей, позволяющая определить экономичные и технически оправданные конструктивные решения с  условиями  их эксплуатации.

Предложен комплекс показателей надёжности, позволяющий прогнозировать вероятность безотказной работы  смесителей вибрационного действия.

Практическая ценность работы:

Предложенное научно-теоретическое, методическое и программное обеспечение работы дает возможность повысить эффективность приготовления однородной кормосмеси, улучшить ее качество с возможностью научного прогноза и провести оценку готовой кормосмеси с разным процентом влажности, обеспечить получение кормовых продуктов с заранее заданными свойствами при снижении затрат на их производство. 

Разработаны: высокоэффективные способ и устройство для очистки воды, позволяющие учитывать в технологических процессах смесеприготовления  ее разнообразие форм, видов и фракционного состава; способ перемешивания кормокомпонентов в вибросмесителе, который по величине вибрационного импульса и площади виброконтакта дает возможность определить режимные параметры технологического процесса получения кормосмеси заданной однородности; компьютерная программа по управлению качественными характеристиками процесса  вибросмешивания,  использующаяся для выявления и исключения получения потенциально не однородной кормосмеси.

Разработанный технологический процесс смесеприготовления на базе устройств, адаптированных к различным уровням обеспечения фермерских хозяйств, позволяет учитывать свойства кормокомпонентов с различными влажностными характеристиками при получении однородной смеси, а также снизить энергоемкость процесса.

Предложен программный продукт, позволяющий определять комплекс показателей надёжности смесителей вибрационного действия на этапе их проектирования и обеспечивающий функционирование систем приготовления комбикормов.

Апробация работы.

Результаты исследований рассмотрены и одобрены на: Международном симпозиуме "Федеральный и региональный аспекты государственной политики в области здорового питания" (КемТИПП, Кемерово, 2002); третьей Международной научно-технической конференции "Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве" (ГНУ ВИЭСХ,  Москва, 2003); Всероссийских  научно-практических конференциях "Оптимизация сложных биотехнологических систем" (ГОУ ОГУ, Оренбург, 2003) и «Перспективы развития пищевой промышленности России» (ГОУ ОГУ, Оренбург, 2005); 4, 5, 6 ,7 Международных научно-практических конференциях (ВНИИМЖ 2004, 2005, 2006, 2007, 2008г.г.); Семинарах Оренбургского государственного аграрного университета (1999 – 2008г.г.); Теоретические исследования с технической реализацией результатов удостоены диплома лауреата премии администрации Оренбургской области в сфере науки и техники за 2005 год, сертификата Торгово-промышленной палаты г. Оренбурга, 2003г, диплома  ярмарки бизнес-ангелов и инноваторов «Российским инновациям – российский капитал», проходившей в г. Саранске 26-27 апреля 2006г.,  диплома и бронзовой медали «YII Московского международного салона инноваций и инвестиций», Москва ВВЦ 2007г.

Реализация результатов исследований

Разработанные принципиально новые технологии получения корма и  очистки воды, варианты конструкций вибросмесильного оборудования внедрены в  хозяйствах Оренбургской области, таких как муниципальном частном предприятии “Фермерстройсервис”, ООО "Совхоз Никольский", Покровском с/х колледже,  в ООО «Бородино-Оренбург».

Новые технические решения положены в основу конструкции вибросмесителя для перемешивания зернового сырья, включенной в план реализации 2005г. «Оренбургского станкостроительного завода».

Рекомендации по проектированию конструктивно-геометрических элементов, обеспечивающих вибросмесильный процесс, внедрены Украинским гос. Центром испытания с\х техники. Научные рекомендации по режимному ведению процесса смешивания сыпучих кормовых смесей  и проектированию  конструктивно-геометрических элементов, обеспечивающих вибросмешивание (утв. Россельхозакадемией), а также  учебное пособие «Биотехнологические аспекты производства влажных смесей» внедрены в учебный процесс технических специальностей аграрных вузов России и ближнего зарубежья при чтении лекций, проведении лабораторно-практических занятий, выполнении курсового и дипломного проектирования.

На защиту выносятся следующие положения:

методология исследований, позволяющая разработать пути повышения эффективности получения однородной кормосмеси;

концептуальные аспекты разработки технологий обработки кормовых компонентов, водоподготовки  и новой вибросмесительной техники;

математическая модель параметрического синтеза, позволяющая оказывать влияние на протекание технологического процесса и  определять теоретическую концентрацию, как прогнозирование качества кормовой смеси разной влажности;

новые способы и конструкции, обеспечивающие повышение качества приготавливаемых кормосмесей,  надежности и снижение энергоемкости  процесса смесеприготовления с оценкой качества кормосмесей разной влажности;

  программные продукты по управлению качественными характеристиками процесса вибросмешивания и определению комплекса показателей надежности смесителей.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 54 научных и учебно-методических трудах (в том числе 2 монографиях,  13 статьях в рецензируемых научных изданиях, рекомендуемых ВАК, 3 препринтах, 2 научно-методических рекомендациях). Новизна  технических решений защищена 17 патентами и 2 свидетельствами об официальной регистрации программы для ЭВМ  РОСПАТЕНТа.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель, научная новизна и практическая ценность исследований, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе - «Современное состояние проблемы производства однородной кормовой смеси» обобщен материал и дана оценка научным исследованиям в области приготовления кормосмесей, с анализом работ, посвященных водоподготовке, подготовке кормосоставляющих  и их смешивания  в аппаратах вибрационного действия с последующей оценкой качества смешивания, а также применяемого оборудования для смесеприготовления.

Установлено, что на качество кормосмеси влияют свойства компонентов, входящих в ее состав; влажность и заданная однородность конечного продукта; технологические режимы и  оборудование, используемое для смесеприготовления.

Исследования показали, что кормокомпоненты имеют определенную  влажность, в результате чего проведена классификация корма  в зависимости от содержания влаги: сухие  - до 14% ; сухие рассыпные – 15…43% ; влажные рассыпные – 44…57%; кашеобразные – 58 … 72%; супообразные - 73 … 79%.

Известно, что вода для животных используется не только как источник для питья, но и  для доведения корма до необходимой консистенции, способствующей  усвоению корма в их организме, о чем  свидетельствуют работы Александрова С.Н., Прокопенко Е.В., Артюшина А.А. и др., и от ее качества зависит и качество животноводческой продукции. Под качеством воды  понимают содержание минералов, прежде всего, сульфатов, концентрация которых не должна превышать 3000 мг на 1 кг, т.к. это может вызвать болезненные расстройства в организме. Если вода насыщена железом, то необходимо ограничивать в рационе животного дополнительное железо, т.к.  оно связано с усвоением других микроэлементов, таких как Ca, Mg, Cu, Zn. Нормальным считается содержание железа – 5мг на 1 кг. Комбикорма, как правило, уже содержат многие микроэлементы в необходимом количестве, поэтому для получения здорового потомства,  экологически чистого мяса, необходимо воду для потребления животных подвергать очистке.

Современное кормопроизводство, обеспечивающее поступательное развитие животноводства, базируется на системных подходах к различным технологическим процессам и отдельным их операциям, важнейшей среди которых является смешивание многокомпонентных смесей.

Состояние проблемы производства однородной кормовой смеси, в частности проблема смешивания многокомпонентных смесей, во многом определена вкладом ученых  Е.М. Клычева, Б.А. Комарова, В.В. Кафарова, Е.В. Алябьева, Ю.И. Макарова, А.М. Ластовцева, Ф.К. Новобранцева, В.И. Сыроватки, Е.А. Раскатовой, Г.М. Кукты, Ф. Стренка, З. Штербачека, П.И. Заики  и других.  Исследования,  проведенные ими свидетельствуют, что наиболее целесообразным для производства кормосмеси малыми партиями, с часто меняющимся рецептурным составом, что характерно для фермерских хозяйств, является использование вибросмесителей, выбор и расчеты режимных параметров которого, как правило, проводят одновременно, что позволяет определить более экономичные и технически оправданные конструктивные решения и  условия их эксплуатации.  Повышение требований к условиям их работы и качеству продукции - это основные факторы, определившие необходимость в оценке надёжности техники. Вероятность возникновения хотя бы одного отказа вибросмесителя практически ведет к неработоспособному состоянию, а, следовательно, необходимы специальные меры, обеспечивающие их долговечность.

Использованием вибрации при смешивании компонентов корма как средством достижения однородности смеси близкой к заданной,  занимались такие исследователи, как П.И. Леонтьев, Г.Е. Листопад, Н.Н. Мозгов, М.А. Талейсник, Н. Б. Урьев, И. Ф. Гончаревич, К. З. Фролов, И. Я. Федоренко, С.В. Евсеенков, П.Ф. Овчинников, И.И. Блехман, Р.Л. Зенков, А.П. Иванова и др.  В результате анализа этих работ из всех  моделей  поведения сыпучей среды при вибрациях особое внимание было уделено сложным, комбинированным, поскольку  ни одна из существующих отдельно взятых моделей изучаемого процесса, не дает представления о приоритетном влиянии отдельных компонент на ожидаемый результат.

Показателем качественного смешивания сыпучей смеси в работах Алешкина В.Р., Рощина П.М., Макарова А.М., Мельникова С.В., Г.М. Кукты, Воронцова И.И.  и др. выступает критерий оценки качества смеси, позволяющий сравнивать теоретически совершенное смешивание с достигнутым. Однако, проанализировав эти критерии, оказалось, что каждый из них имеет свои недостатки. В решении вопросов  получения качественного смешивания сыпучей смеси немаловажное значение занимают способы оценки качества кормосмеси. Несмотря на огромное количество существующих методов,  большинство из них не могут претендовать на объективность сравнения  при одновременной простоте проведения.  При этом нельзя игнорировать влажность компонентов, оказывающую влияние на выбор способа контроля качества готовой смеси, позволяющего не нарушать сформированную целостность продукта.

Многообразие требований, предъявляемых к  созданию кормосмеси, повышающей продуктивность животных и приводящих к снижению затрат корма на единицу продукции может быть достигнут совершенствованием процессов подготовки кормов к скармливанию и соответствующим контролем качества готовых кормосмесей. При этом необходимо для получения  экологически чистой продукции  рассматривать процесс водоподготовки  как составную часть смесеприготовления, а для повышения пищевой ценности кормосмеси использовать вторичные сырьевые ресурсы перерабатывающей промышленности. Комплексный подход к рассматриваемой проблеме позволяет не только обеспечить данный процесс многофункциональной, мобильной, экономически доступной для фермеров, простой в эксплуатации конструктивной базой, но и гарантировать надежность  работы  технической системы, прогнозирующей ожидаемую вероятность безотказной работы.

Во второй главе – «Теоретическое обоснование технологических процессов и конструктивной базы смесеприготовления» приводится  методология формирования показателей качества технологического объекта.

Специфика сферы приготовления кормов позволяет рассматривать формализованные взаимосвязи процесса, протекающего в рабочем пространстве оборудования, с особенностями поведения сырья и его свойствами, а также качественный выход продукта, представленный однородностью смеси. 

Методологическая база является фундаментом для  многоступенчатой и многозвенной  структуры, которая включает в себя (рис.1) создание универсального мобильного многофункционального оборудования,  исследование технологического процесса по режимам на базе особенностей движения приготавливаемой массы в рабочем пространстве аппарата, учет максимально возможного  разнообразия свойств компонентов составляющих смесь,  исследование качественных показателей конечного продукта, а именно, полученной кормосмеси.

Использование такой методологии позволяет создать иерархическую структуру системы исследований, включающую отдельные подсистемы, взаимоувязанные через внутренние характеристики системы (ВХС), в качестве которых выбирают показатели (функции или характеристику),  подводящие их, как бы к общему знаменателю.

В основе  создания однородной кормовой смеси лежит системный подход, предложенный Л.П. Карташовым и В.Ю. Полищуком. Как результат была представлена сложная, многоуровневая система, которая в свою очередь подразделена на подсистемы, а подсистемы на множество элементов.  Такое деление ограничено целями исследования, а, следовательно, логической завершенностью.

Создание однородной кормовой смеси разной влажности включает в себя несколько технологических подходов, а именно, подготовка кормовых компонентов, водоподготовка и смешивание, с последующим контролем качества готового продукта. Таким образом, рассматривая технологический процесс приготовления однородной кормовой смеси, как единую целую систему, при исследовании были выявлены входные и выходные потоки, а также неуправляемые возмущающие воздействия, что отражено на рисунке 2.

Каждая из представленных подсистем в свою очередь включает множество элементов.

  Комплекс параметров эффекта, сформированный в результате суммарного взаимодействия многопараметрической системы, характеризует масштаб процесса, энергоемкость, материальные затраты, надежность технической системы и  качество готовой прдукции..

Подсистема  смешивания кормовых компонентов (СКК) непосредственно влияет на конечный продукт, т.е. на качество кормовой смеси, поэтому в основе моделирования лежат концепции, связанные с физической сущностью природы процесса получения однородной кормовой смеси, а именно предположение идеального распределения компонентов в общей массе, приобретающее смысловое значение при использовании принудительной гомогенизации. Следует отметить отсутствие достаточно четких представлений о сложных физических процессах вибросмешивания, что приводит к формированию приближенных динамических, т.е. зависящих от времени, моделей смесительных систем.

Обеспечение заданной степени однородности может быть рассчитано на основе концентрации ключевого компонента, для чего из многокомпонентной системы выделяется один компонент, называемый ключевым, его концентрация в смеси (с) может определяться  использованием известных уравнений диффузии в гидродинамике. В тоже время, следует отметить, что сыпучая среда, так же как твердое тело, может подвергаться сдвигу под воздействием внешних нагрузок, в связи, с чем появляется возможность использования в математической интерпретации процесса, сдвиговых составляющих.

Применение предлагаемых подходов, позволяет осуществить вывод аналитически прогнозируемой концентрации смеси с учетом ее влажности.

Так как распределение концентрации в смеси меняется путем диффузии, то даже при нахождении ее в состоянии покоя существует поток, приводящий к переносу веществ в смеси. Изменение количества этого вещества в некотором объёме в дифференциальной форме представляет:

  (1)

где i – плотность диффузионного потока; - масса одного из веществ смеси в единице объема; - полная плотность смеси;  t - время,  - скорость единицы массы смеси.

Используя простые преобразования, получаем уравнение, определяющее распределение концентрации в смеси:

(2)

При этом членом можно пренебречь, т.к. он не является действующим на систему параметром.

Введя граничные условия для  распределения  ключевого компонента, и проведя преобразования,  получаем теоретическую концентрацию смеси:

  , (3)

где М - полное количество распределенного вещества в произвольный момент времени, кг.

Проблема определения качественных показателей заключается в том, что исследуемый процесс рассматривается в нескольких влажностных диапазонах. Выведенная таким образом теоретическая концентрация позволяет прогнозировать однородность кормосмеси с влажностью до 57% .

Качество сухих кормосмесей влажностью до 14% может быть выражено таким статистическим  показателем, как степень однородности - М%.

Качество кашеобразных и супообразных кормосмесей,  может быть определено через  концентрацию ключевого компонента С, выраженную из формулы удельного объема, который рассчитывается как

.

С другой стороны, говоря об однородной смеси, объем можно представить

,  (4)

где: V – объем вещества,  m – масса вещества.

При этом V = числа частиц веществ, одно из которых является ключевым компонентом, в 1г. смеси, эти числа удовлетворяют соотношению,  где:  - массы частиц обоих веществ, кг; m1 n1, m2 n 2 – это с (концентрация).

Выразим    и  через концентрацию,  если  , то . Проведя преобразования,  получим:

. (5)

Методика прогнозирования качества, при использовании математического аппарата, дает возможность получить кормосмесь необходимого качества с учетом задаваемых режимов процесса, физико-механических, реологических свойств компонентов и конструктивных особенностей оборудования. При этом основной концепцией этой методики является расчет вибрационного импульса, передающегося от развитой виброактивной поверхности смешиваемым компонентам  разной влажности, свойства которых нельзя не учитывать.

Так, например, определение вибрационного импульса для смесей сухих рассыпных,  основано на его расчете  по формуле:

, (6)

где 

,  (7)

Подставив все значения параметров, формула для определения вибрационного импульса будет выглядеть следующим образом:

,  (8)

Учитывая характеристики исследуемого материала, а именно вязкость и сопротивление сдвигу и  используя метод размерностей, можно записать:

,  (9)

       Теоретический подход к определению качественных характеристик процесса смешивания кормокомпонентов разной влажности отражен в таблице 1.

Прогнозировать результаты комплекса технических и технологических подходов получения однородной кормовой смеси разной влажности, как единого целого, можно, если  разработана вариативная модель процесса, базирующаяся на многофункциональной системе взаимоувязанных разноплановых параметров. Наиболее целесообразна многопараметрическая вариативная модель  процесса смесеприготовления (см. рисунок 3), в основе которой лежит вероятностная модель процесса смешивания, разработанная Ивановой А.П. Предложенная  модель имеет вариативные  решения, которые позволяют научно прогнозировать результаты.  К выходному комплексу эффективности исследуемого процесса можно отнести, качество приготавливаемой продукции, выраженное через степень однородности или концентрацию.

Таблица 1 – Теоретический подход к определению характеристик процесса смешивания кормокомпонентов разной влажности

Консистенция

корма

Влаж-

ность корма, W %

Расчет вибрационного импульса, i  кг м/с

Расчет концентрации смеси, с

сухие

до 14

сухие рассыпные

15…43

влажные рассыпные

44…57

кашеобразные

58… 72

супообразные

73… 79

N –  мощность, расходуемая на смешивание компонентов, кВт; SV  - параметр виброактивности, м; е – энергия единицы массы, Дж/кг; Кж – коэффициент жесткости, определяемый как ; А  -  амплитуда колебаний корпуса смесителя, м;  - площадь  виброактивной поверхности, м2 ; - эквивалентный диаметр частиц, м; Ж - жесткость смеси, с.; П – подвижность смеси, м; - сопротивление сдвигу,  t – продолжительность цикла смешивания, с; Кз - коэффициент загрузки вибросмесительной камеры,   коэффициент подвижности смеси.

  Использование параметрических подсистем, охватывающих водоподготовку, подготовку кормокомпонентов, смешивание с контролем качества полученной смеси, при этом, учитывая конструктивно-технологическую область, реологические, физико-механические особенности смешиваемых материалов,  режимные характеристики процесса, а также  вариативное сочетание этих звеньев позволяет получать разнообразные решения, удовлетворяющие той или иной поставленной задаче.

Для рассматриваемого процесса поясним наиболее значимые параметрические составляющие, которые входят в подсистемы.

X1 X2 X3 Xn  - параметры состояния воды начальные (степень загрязнения, состав, температура и т.д.);  X1* X2* X3* Xn* - параметры состояния кормокомпонентов начальные  (физико-механические, реологические, химико-биологические свойства); ФКВ блок формирования качества воды; ФКК блок формирования качества кормокомпонентов; ПВ и ПК  оптимальные параметры соответственно водоподготовки  и 

кормоподготовки; ПВ+ , ПВ-  и ПК+ ,ПК-  - отклонения от оптимального значения соответственно ПВ и ПК; f1 , f2 f3 fn  - параметры состояния воды после очистки; f1* , f2* ,f3* ,fn*  - параметры состояния кормокомпонентов после подготовки; F и F1 – состояние соответственно воды и кормокомпонентов к началу смешивания;  СК параметры смешивания кормокомпонентов;  K+++, K++ -, K+ - -  - модельный ряд смесителей (с наилучшими, средними и наихудшими параметрами для данных компонентов); Р+++, Р++-, Р+- - - режимы ведения процесса (Р+++ оптимальный, Р++-, Р+- - - отклонения от оптимального); НЭЗ, СЭЗ, ВЭЗ соответственно низкие, средние и высокие энергозатраты;  ВО, СО, НО высокая, средняя и низкая однородность приготавливаемой смеси; imax, iср, imin внутренняя характеристика подсистемы смешивания (вибрационный импульс), дающая соответственно оптимальный, средний и неудовлетворительный выход качественно-энергетических показателей; СХ, СР, ВР, КШ, СП – соответственно параметры сухих, сухих рассыпных, влажных рассыпных, кашеобразных и супообразных кормосмесей, КК блок контроля качества кормосмеси; С и М соответственно концентрация и однородность кормосмеси; С+, С- и М+, М-  - соответственно отклонения от заданной концентрации и однородности; КС – полученная кормосмесь; Z1, Z2, Z3, Zn – требуемые показатели качества кормосмеси; Z множество допустимых значений отклонений от заданного качества кормосмеси.

При рассогласовании показателей качества полученной кормосмеси КС с требуемыми показателями Z1, Z2, Z3, Zn , блоки формирования качества воды ФКВ и кормокомпонентов ФКК компенсируют это путем регулирования соответствующих начальных параметров X1 X2 X3 Xn  и X1* X2* X3* Xn* .  При этом  если показатели качества готовой кормосмеси КС попадают в множество допустимых значений отклонений от заданного Z , которое формируется в зависимости от целей, технических и технологических возможностей хозяйства, то можно говорить о положительных выходных результатах.

Третья глава  «Разработка технологий и оборудования для качественной подготовки и обработки кормовых компонентов» .

Анализируя труды Дудкина М. С., Щелкунова Л. Ф., Залашко М. В., Касперовича В.Л., Мануйловой Т.А., Девличаровой А.Н.  и др. можно говорить о  проблеме рационального использования вторичных сырьевых ресурсов, позволяющих повысить пищевую ценность продукта, с разработкой высокоэффективной технологии. С этой точки зрения целесообразно рассматривать вторичные сырьевые ресурсы молочной и зерноперерабатывающей промышленности.

Установлено, что в своем естественном состоянии большинство отходов не совместимы с технологиями традиционных комбикормовых производств по причине своих физико-механических свойств (жидкие, вязкие и пр.), и характеризуются низкой кормовой ценностью.

Говоря о подготовке кормовых компонентов (ПКК), необходимо учитывать, что в зависимости от совокупности всех свойств ингредиентов и целей, в соответствии с которыми создают кормосмесь, она может проводиться самыми различными способами, ограниченными технологическими возможностями и производственной необходимостью.

Исходя из выше изложенного, подсистему подготовки кормовых компонентов  расчленили на три составляющих, рисунок 4: физико-механические свойства компонентов, представленные их эквивалентным диаметром dэ , насыпной плотностью н и влажностью W; реологические свойства компонентов, представленные вязкостью и усилием сдвига ; химико-биологические свойства компонентов, представленные их гидрофильностью, перевариваемостью и питательностью.

Рисунок 4  - Подсистема подготовки кормовых компонентов

Базой для методики обработки составляющих кормосмеси явился разработанный способ обработки пшеничных отрубей на корм (патент №2269902), который  проводили по схеме, приведенной на рисунке 5.

Для осуществления созданного способа предложены два варианта  машинно-аппаратурной схемы, которые для смешивания увлажненных пшеничных отрубей, соды пищевой и соли поваренной предусматривают использование разработанного вибрационного смесителя по патенту № 2208473, корпус которого выполнен в виде призматоида, а рабочий орган представляет собой пятиугольную правильную звездчатую пирамиду.

Технологическая  схема обработки пшеничных отрубей на корм по патенту №2269902 предусматривает  операцию смешивания дважды.

Первое смешивание проводим, когда соединяем пшеничные отруби и сыворотку,  а второе -  когда к увлажненным отрубям добавляем соль и соду.

При этом компоновка технологической линии одним вибросмесителем (рисунок 6)  предполагает проведение смешивания, увлажнения, отлежки и  повторного смешивания в одном аппарате.  Однако, в зависимости от уровня обеспечения фермерских хозяйств,  может быть осуществлена сквозная компоновка технологической линии обработки пшеничных отрубей на корм, где  полный цикл изготовления и обработки продукта проводится с непрерывным переходом обрабатываемого сырья от одной технологической операции к другой. В этом случае устанавливают два вибросмесителя.

Анализ полученных экспериментальных данных позволил установить оптимальный режим экструзии: влажность исходного образца 18-20% без добавок, влажность исходных образцов с добавками NaCl и NaHCO3 – 20-30%, величина добавок NaCl – 2-3% и NaHCO3 в количестве 1-2% от массы исходного образца, температура на выходе из экструдера 1500С, давление –5-6 мПа.

Оценку питательности и продуктивности действия экструдированного продукта проводили на молодняке крупного рогатого скота путем индивидуального взвешивания в начале и конце исследования. Характеристика роста подопытных животных показала эффективность данного способа, т.к. прирост живой массы по I опытной группе составил 95,0 кг, что на 23% превышает показатель по II опытной группе, и на 13,7% выше уровня контрольной группы.

Для доведения корма до необходимой консистенции нами предлагается проводить водоподготовку, основанную на  кавитации и  криогенных технологиях.

Именно комбинированные способы очистки воды дают наилучший результат, поскольку позволяют удалять примеси разного характера.  Результатом наших исследований явилась разработка комбинированного способа очистки воды,  включающего замораживание и оттаивание, причем замораживание сначала проводят до перехода 4-5% (масс.) воды в твердую фазу, которую удаляют, а оставшуюся часть воды замораживают, подвергая гидродинамической  кавитации, до полного перехода  в твердую фазу. Затем центральную часть воды удаляют в количестве 4-5% (масс).

Подсистема водоподготовки (ВП), заключающаяся в температурной и кавитационной обработке воды, содержащей большое количество органических соединений, нами расчленена на такие элементы, как  режимные, включающие температуру замораживания tз и оттаивания tотт , длину волны ультразвука , и конструктивные, включающие  объем рабочей камеры Vрк, толщину фильтрующего материала hф,  объем электродных камер Vэк, объем загрузки Vз установки для очистки (рис. 7).

При использовании кавитации в воде в местах неоднородности среды происходят разрывы сплошности потока с образованием парогазовых пузырьков. В местах их схлопывания и в микроокрестностях этих точек возникают экстремальные параметры: высокая температура и, прежде всего, высокое давление. В результате вблизи точек  схлопывания полностью уничтожается патогенная микрофлора, даже такие споры грибов, как Aspergiliuss niger, которые вообще не уничтожается ни ультрафиолетом, ни  озоном. Использование кавитации также способствует перемещению примесей с более низкой температурой замерзания, чем чистой воды, в центральную часть объема. Поэтому удаление замороженной воды из центральной части обеспечивает удаление вместе с ней и всех вредных примесей.

Для усиления процесса разрушения комплексов  в электродную камеру может быть помещен барботер, через который подается сжатый воздух. Причем его включают одновременно с источником кавитационного поля и выключают, после того как вода начнет переходить в твердую фазу.

Рисунок 7 - Подсистема  водоподготовки

Так как  температура и скорость замораживания воды значительно превышают повышение температуры, происходящее в результате  кавитации,  то источник кавитационного поля остается включенным до того, как вода полностью перейдет в твердую фазу (лед), после чего замораживание прекращают. Затем удаляют центральную часть замороженной воды с примесями в количестве 4-5% (масс.).

Рисунок 8 - Лабораторное Рисунок 9  - Влияние напряженности

устройство для очистки воды  электрического поля на 

степень очистки воды

Оставшуюся часть воды оттаивают и направляют на дальнейшее использование.

Для осуществления разработанного способа нами предложено устройство для очистки воды (патент №2314264), лабораторная установка которого представлена  на рисунке 8.  Были исследованы влияния кавитационного поля на скорость очистки воды,  напряженности электрического поля на степень очистки воды (рис.9), толщины замороженного слоя  на степень очистки воды, толщины фильтрующего материала на степень очистки воды, скорость подачи сжатого воздуха на скорость очистки воды. В результате проведенных экспериментов определены основные технологические режимы очистки воды для разработанной установки, в частности напряженность электрического поля Е = 30…40 В/см, толщина фильтрующего слоя L = 30…40 см, время регенерации фильтра = 2…3 мин, частота колебаний ультразвука 20,3…23,7 кГц.

Таким образом, в подсистеме  подготовки кормовых компонентов  нашла отражение технологическая схема обработки пшеничных отрубей на корм.  Это направление весьма эффективно, так как позволяет использовать широкий круг сырьевых ресурсов, производить продукты с заданным составом и свойствами, что особенно актуально для фермерских хозяйств. В этих случаях можно использовать полезные свойства отдельных компонентов, добиваясь лучшей сбалансированности питательных веществ в готовом продукте. При этом, используя водоподготовку для доведения смеси до необходимой консистенции, можно не только сохранить баланс питательных веществ, но и получить экологически чистый продукт.

Глава 4 «Разработка технологического процесса создания однородных кормовых смесей на базе смесильного оборудования».

Структурная  многопараметрическая система создания однородной кормовой смеси, рассмотренная во 2 главе, базируется на внутренних связях между исследуемыми объектами, где  выход предыдущего элемента является входом последующего. Так  переменные, определяющие условия работы смесильного оборудования, а именно производительность Q(t)  и влажность кормового сырья W(t), являются выходом кормо- и водоподготовки, поэтому, чтобы обеспечить качественное смешивание корма в фермерских хозяйствах  необходимо для определенной влажности корма создать модельный ряд вибросмесителей с внутренними рабочими поверхностями, интенсифицирующими процесс смесеприготовления.

Подсистему  смешивания кормовых компонентов (СКК),  исходя из того, что процесс проводим в вибросмесителе, представили  режимными составляющими, включающими амплитуду А, частоту колебаний ,  продолжительность цикла смешивания t,, конструктивными составляющими, представленными  площадью виброактивной поверхности Sв.к., и коэффициентом загрузки вибросмесительной камеры  Кз и составляющими надежности вибросмесителя, включающими плотность распределения f (t),  интенсивность отказов (t), вероятность безотказной работы P (t). (рис. 10).

  Связующим звеном между составляющими подсистемы выступает вибрационный импульс i, являющийся одновременно внутренней характеристикой системы. 

Установлено, что качество смешивания  компонентов, зависит от характера потребления и перераспределения механической энергии, передаваемой от рабочей виброактивной поверхности  приготавливаемой кормосмеси. В зависимости от этих особенностей будет меняться качество готового продукта, но в тоже время механико-математическая модель, описывающая технологический процесс, представляет собой сложные системы, включающие передачу энергии от рабочих органов к обрабатываемому материалу.

Рассматривая множество конструктивно – технологических параметров и выделяя его как отдельный элемент  моделирования процесса смешивания, следует исходить из степени конструктивного совершенства вибросмесителя, выражая его определенной зависимостью или конкретной выходной величиной.

Этапы проектирования смесильных установок представлены на рисунке  11. Каждый из этих этапов  представляет собой решение комплекса задач, направленных на достижение одной цели – получение оптимальной конструкции, позволяющей эффективное проведение процесса смешивания.

Рисунок 10 - Подсистема  смешивания кормовых компонентов 

Так, выбор принципиальной схемы  конструкции смесителя для реализации технологического процесса, представленный на рисунке 11, позволяет не только поэлементно составить схему  вибросмесителя, применительно к заданным технологическим условиям, но и выявить достоинства и недостатки каждого из этих элементов, и оценить их как конструктивные составляющие относительно  выбранной схемы.

Моделирование сложных  форм рабочих поверхностей, передающих вибрационный фон, позволяет решать задачу снятия сил трения и сцепления, поэтому  для получения корма разной влажности разработан модельный ряд  конструкций вибросмесителей, на базе которых исследованы процессы и выявлены их параметры.  Результатом исследований явилось определение оптимальной параметрической области процесса смесеприготовления для каждого из предложенных вибросмесителей, некоторые из них представлены в  таблице 2.

Таблица2 - Конструктивное обеспечение получения кормов разной влажности

№ п/п

Влажность корма

Конструктивная схема вибросмесителя

Параметрическая оптимизация процесса смешивания

Параметры процесса смешивания

1

Сухие корма

W

до 14%

, м -

0,331…0,429

,  c  -

75,66…149,52

A ,  м -

0,0048…0,0075

t, с  -

180…270

N, Вт  -

23,98…451,27

i ,  кг·м/с -

0,80…0,99·

2

Сухие рассыпные

корма

W = 15-43%

, м -

0,329…0,423

,  c  -

75,66…149,52

A ,  м -

0,0048…0,0075

t, с  -

180…270

N, Вт  -

23,98…451,27

i ,  кг·м/с -

0,85…0,98·

3

Супообразные корма

W = 73-79%

, м -

0,118…0,

,  c  -

87,92…113,04

A ,  м -

0,0213…0,0044

t, с  -

60…240

N, Вт  -

13,374…69,69

i ,  кг·м/с -

0,62…0,91·

Глава 5 «Научно-методическая база определения надежности технической системы»

Расчёты надёжности смесильных аппаратов проводятся главным образом на этапе их проектирования с целью прогнозирования для данного варианта конструкции ожидаемой вероятности безотказной работы. Это позволяет выбрать наиболее подходящий его вариант и методы обеспечения надёжности, выявить «слабые места», обоснованно назначить рабочие режимы, форму и порядок обслуживания смесителя.

.Для оценки уровня надежности по данным эксплуатации необходимо проводить расчеты характеристик надежности элементов смесителей,  блок-схема которых представлена на рисунке 12.

Надежность вибросистемы представлена надежностью отдельных узлов,  которые наиболее  часто выходят из строя и теряют свои свойства в процессе эксплуатации  по  причинам,  вызывающим разрушающие процессы в смесителях (рис.13).

Рисунок 13 – Причины возникновения разрушающих процессов в вибросмесителях

Предложен декомпозиционный подход к решаемой проблеме, т.е. конструкция вибросмесителя расчленяется на составляющие его узлы. Надежность вибросистемы представлена надежностью отдельных узлов,  которые наиболее  часто выходят из строя и теряют свои свойства в процессе эксплуатации, например: амортизаторы, подшипники установленные в вибраторе, вал вибратора.

Так, например, причины преждевременных отказов подшипников  достаточно разнообразны, и определить их можно при  проведении всесторонних исследований вышедших из строя подшипников и узлов, в которых они  установлены.

Определение закона распределения неисправностей подшипников проводят согласно блок-схеме, представленной на рисунке 11.

В каждом разряде вычисляем значения fi*(t), λi*(t) и Pi*(t) . по которым строим гистограммы эмпирического распределения.

       Надежность подшипников определяется усталостной долговечностью. Следовательно, можно выдвинуть гипотезу, что отказы подшипников распределены по закону Вейбулла, что подтверждает и внешний вид гистограмм на рисунке 14. Параметры распределения Вейбулла находим путем графического решения системы уравнений, которые также получены методом максимального правдоподобия:

Оценку надежности проводим по критерию Пирсона. Число степеней свободы r в случае шести разрядов таблицы и двух параметров закона распределения равно 3 (r=6-2-1). Задавшись уровнем значимости α=10%, в зависимости от P=1-α=90% и числа степеней свободы r=3 находим критическое значение χ2кр=6,25. Подсчитанное значение U2=2,25956 не попадает в критическую область (6,25; +∞), следовательно, принятая гипотеза о законе распределения Вейбулла не противоречит статистическим данным.

Адекватность предложенной модели проверялась по показателю долговечности D:

D=76,00342t+186,3457W-475,9063A-362,9375m-0,0064666t2- 1,048993W2+171,2988A2-0,5092506tW-17,25842tA- 11,72652Wam+0,1605535tWA-3,050991tm-4,64566m2+1509,844Am-10807,13 (10)

При принятом уровне значимости , критерий Фишера F=1,94, уравнение значимо. Критерий Манны-Уитни Z=0,8755625, Disp 16832,86

S 129,7415

Оценка надежности технической системы осуществляется путем сравнения расчетных и нормативных значений показателей надежности, для чего была разработан программный продукт для определения  комплекса показателей надежности смесителя  (Свидетельство № 2007611645)

Глава 6 «Формирование и определение качественных характеристик однородной кормовой смеси». 

Завершающим этапом в создании однородной кормовой смеси является контроль качества кормосмеси (рис.15), который осуществляем по отклонению контрольного компонента в пробах смеси от теоретической величины.

Составляющими этой подсистемы являются, с одной стороны,  степень однородности полученной смеси М, а с другой стороны,  качество готового продукта, выраженное через концентрацию С.

Для производства кормосмеси количественной характеристикой завершенности процесса смешивания является степень однородности, Качество корма складывается из нескольких составляющих, совокупность которых может обеспечить получение  продукта необходимого качества, поэтому нами по каждой составляющей качества были разработаны технические решения, совместное использование которых  решает задачу качественного кормоприготовления (рис.16).  При этом все показатели качества готового продукта, т.е. кормосмеси, были разбиты на два уровня.

К показателям первого уровня отнесены показатели по нашему мнению наиболее значимые – это назначение, сохраняемость, безопасность в потреблении, а ко второму уровню – транспортабельность, экология, эстетика. По каждому из исследуемых показателей были предложены технические решения, новизна которых подтверждена охранными документами.

Рисунок 15  – Подсистема контроля  качества кормосмеси

Методикой для определения качества смесей явился разработанный  «Способ смешивания кормосмесей» (патент №2248843), схема которого представлена на рис.18, позволяющий получить хорошую сходимость теоретической концентрации и экспериментально установленной.  Для оценки интенсивности способа перемешивания смесей разной влажности при оптимизации процесса базовым показателем является вибрационный импульс i . При этом учитывалась площадь виброактивной поверхности, определяемой по формуле , (11)

где  - площадь внутренней поверхности смесительной камеры

- площадь боковой поверхности виброактивной насадки

Так, для вибросмесителя с внутренней виброактивной звездчатой поверхностью и призматоидной рабочей камерой., Sc, складывается из площадей четырех равнобедренных треугольников с высотой и основанием h, двух трапеций с высотой и основаниями a, b, двух трапеций  с высотой и основаниями c, d, а также площади основания призматоида - прямоугольника со сторонами b, d:

  (12)

Площадь боковой поверхности виброактивной насадки, пирамидальной, звездчатой, можно представить в виде суммы площадей  n  прямоугольных треугольников:

,  (13)

где  Р - основание прямоугольного треугольника,  - высота прямоугольного треугольника, - количество прямоугольных треугольников,  k - количество углов звезды.

Подставив значения (12) и (13) в формулу (11), получим:

  (14)

Результаты зависимости качества перемешивания смеси разной влажности от вибрационного импульса  приведены в таблице 3.

Таблица 3 -Зависимость качества смеси разной влажности, выраженной степенью однородности, от вибрационного импульса

Влажность смеси,

W, %

До 43

44-72

73-79

Вибрационный импульс, i (кг/м⋅с)⋅ 

0,95 и более

0,8

0,95

до 0,8

Площадь виброак

тивной поверхности Sв.к (см)

400 и более

201

399

до 200

Продолжительность перемешивания,

t  (сек)

до 150 и

более

151

270

270 и более

Коэффициент жесткости, Кж

8,3

5,8

3,3

5,8

до 3,3

Степень однородности  смеси,  М(%)

Высокая (более 90)

Средняя (80-90)

Низкая (до 80)

Взаимосвязь вибрационного импульса i с параметрами процесса может быть выражена следующим уравнением регрессии:

(15)

При принятом уровне значимости α=0.01, критерий Фишера F=1.94, уравнение значимо.

Важнейшим условием объективной оценки качества смеси, является правильный выбор методики определения степени ее однородности. Поэтому нами предлагается подбирать способ оценки качества сыпучих смесей,

Таблица 4 Методика оценки качества сыпучих смесей в зависимости от их влажности.

п/п

Способ оценки

качества  смесей

Схема проведения оценки качества смесей

Консистенция смеси

Влажность,

W%

Соотношение  сухих смесей и воды

Степень однородности смеси, %

1

По Сыроватко и Алябьеву

сухие

до 14%

1:0

54-97

2

Фотометрический

Сухие рассыпчатые

От 15% до 43%

1:0,5

53-98

3

Фоторемиссионный

по патенту №2220413

Влажные

Рассыпчатые

От 44% до 57%

1:1

52-97.4

4

По методу замедленной флюоресценции

по патенту №2262094

Кашеобразные

От 58% до 72%

1:2

51-97.4

5

Замороженный

по патенту №2253859

Супообразные

От 73% до 79%

1:3

51-98

в соответствии с условиями процента влажности их компонентов (таблица 4), т.к. разный гранулометрический и плотностной состав многокомпонентной массы, делает сложным процесс достижения  необходимой гомогенизации. Погрешность результатов высчитывалась на фоне  приготовленной эталонной пробы. Сходимость результатов  наглядно видна на графических зависимостях (рис. 18).

Рисунок 18 -  Сравнение результатов оценки качества смесей рекомендуемыми способами (р) с эталонно сформированными (э)

1 – по Сыроватко; 2 - фотометрический; 3 – фоторемиссионный; 4 – по методу замедленной флюоресценции; 5 – замороженный. 

При решении задачи формализованного определения оптимального набора параметров, предлагается использовать многомерную функцию желательности, “функцию Харрингтона”, устанавливающую зависимость между количественными значениями параметра концентрации с и их качественным определением, в частности для определения степени однородности М. Т.е., зная параметры процесса и рассчитав теоретически концентрацию,  можно определить прогнозируемое качество смеси, используя "функцию Харрингтона".

Качество смеси, выраженное степенью однородности М, с параметрами процесса взаимосвязано следующим уравнением регрессии:

(16)

При принятом уровне значимости α=0.01, критерий Фишера F=1.94, уравнение значимо.

Полученные результаты показали адекватность описываемой модели исследований.

Выбирая оптимальные параметры процесса получения кормосмеси, удовлетворяющей требованиям готовой продукции,  можно снизить его энергозатраты.

Для решения задачи принадлежности заданного набора параметров процесса, области оптимума при фиксированном значении параметра эффекта, разработана специальная программа (свидетельство №2006610422), реализующая приведенный выше алгоритм.

Глава 7 «Технико-экономическое обоснование  эффективности процесса смесеприготовления, на базе комплексного подхода».

Значимость и перспективность научных исследований в области кормления сельскохозяйственных животных оценивается, прежде всего, эффективностью биоконверсии питательных веществ корма в продукцию животноводства.

Вся процедура технико-экономического исследования процесса смесеприготовления, как того требуют основные принципы системного подхода, должна идти от целого к частному, поэтому оценку технико-экономической эффективности проводили по каждой подсистеме приготовления кормосмеси.

Изучение эффективности использования очищенной воды при кормлении проводили на свиноматках и поросятах двух возрастных групп: 0-2 и 2-4 месяцев в условиях ООО «Совхоз Никольский» Сорочинского района. 

Экономический эффект  от применения очищенной воды в расчете на одно животное  по сравнению с контрольными животными составил  226,76 руб.

Полученные результаты дают основание считать, что очищенная вода, и используемая в кормлении  поросят в течение всего периода их выращивания в хозяйстве до 120-дневного возраста улучшает  использование корма, что также оказывает положительное влияние на сохранность,  прирост  массы поросят и их физиологическое состояние.

В качестве кормоподготовки нами предлагается способ обработки пшеничных отрубей на корм, поэтому расчет экономической эффективности определяем по оценке питательности и продуктивного действия экструдированного продукта на организм крупного рогатого скота.

Научно-хозяйственный опыт на молодняке крупного рогатого скота  был проведен в условиях Покровского с/х колледжа на 60 бычках аналогах красной степной породы в возрасте 15 месяцев.

Как следует из анализа полученных данных, использование экструдатов содержащих в своём составе молочную сыворотку, в кормлении молодняка крупного рогатого скота экономически выгодно.

Замена смеси экструдированных отрубей и нативной молочной сыво­ротки в рационе молодняка крупного рогатого скота на экструдированную кормосмесь сыворотки и отрубей в количестве 30 % от рациона позволяет снизить себестоимость производства прироста живой массы на величину до 2,7 % с увеличением рентабельности на 3,3 %.

Эффективность разработанного процесса смешивания связана, с одной стороны, с увеличением однородности кормовой смеси, рассчитанной по результатам зоотехнического эксперимента, т.е. когда по привесу свиней  при скармливании одной тонны комбикорма рассчитывали приращение степени однородности М, а с другой стороны - со снижением энергоемкости процесса за счет использования разработанных моделей смесителей.

Расчет технико-экономических показателей подтверждает целесообразность использования новых технических решений, так как растет производительность, качество готового продукта  при снижении энергоемкости процесса  и продолжительности цикла смешивания.

Экономическая эффективность от приращения однородности кормосмеси составила 893,0 руб/т,.

Разработанный модельный ряд смесителей позволяет добиться снижения продолжительности цикла на 15%-22% и энергоемкости на 15%-24% при повышении степени однородности в среднем на 7,2%, что в денежном выражении составляет экономический эффект 7315.65 руб. в год.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Решение научной проблемы по созданию аспектов концептуального подхода повышения эффективности технологического процесса смесеприготовления, является функцией стратегических задач, стоящих перед комбикормовой индустрией и позволяет снизить перерасход кормов, не сбалансированных в рационах по макро- и микроэлементам. Экономически установлено, что исследуемому процессу свойственны практически все характерные признаки сложных систем. Это обосновало инженерную значимость проблемы и дало возможность разработать методологию исследований, основанную на системном подходе.

2. Аналитическая  оценка тенденций развития  и формирования конструктивного обеспечения аппаратов для процесса смесеприготовления обосновала возможность совершенствования проектируемого оборудования, технологий водоподготовки и кормоподготовки с учетом варьирования режимов и особенностей используемого при этом сырья, на базе разработанной методологии исследований.

3. Комплексная научно - техническая проблема, базирующаяся на многообразии исходных начальных условий, рассмотрена в рамках системного подхода, посредством разработанной теоретической модели процесса приготовления однородных  кормосмесей, позволяет адекватно координировать взаимосвязи множеств элементов подсистем (режимных, физико - механических, конструктивно - технологических). Выявлено, что создание однородной кормовой смеси разной влажности должно включать в себя такие технологические подходы, как подготовка кормовых компонентов, водоподготовка и смешивание, с обязательной оценкой качества готового корма.

4. Математическая интерпретация процесса, явилась гарантом научного прогнозирования его качественно - энергетических результатов на основе теоретической концентрации ключевого компонента, которая по вариативному сочетанию элементов подсистем гарантирует качество приготавливаемой готовой продукции.

5. Разработанная технологическая схема обработки пшеничных отрубей на корм,  позволяет использовать широкий круг сырьевых ресурсов, производить продукты с заданным составом и свойствами, при этом, используя полезные свойства отдельных компонентов, добиваться лучшей сбалансированности питательных веществ в готовом продукте. В этой связи водоподготовка для доведения смеси до необходимой консистенции, позволяет не только сохранить баланс питательных веществ, но и получить экологически чистый продукт, а разработанные высокоэффективные способ и устройство для очистки воды, дают возможность учитывать в технологических процессах смесеприготовления  ее разнообразие форм, видов и фракционного состава;

6. Запатентованные конструкции, создали базовую платформу для разработки технологий водоподготовки, обработки кормовых компонентов и новой техники их дифференциации, с выявлением перспективности  варьирования  режимных параметров процессов, с конструкциями, передающими вибрационный импульс, распределяющийся в приготавливаемой кормовой массе и обеспечивающий задаваемую степень однородности кормосмесей разной влажности.

7. Проведенные исследования позволили выявить наиболее характерные особенности протекания процесса смесеприготовления и определить разнонаправленный выходной комплекс эффективности с созданием:

- способов и методик определения элементов подсистем;

- методики оптимизации структурно - параметрических элементов подсистемы смесеприготовления;

- рецептурных составов кормосмесей для различных животных, приготавливаемых в соответствии с технологическими разработками, защищенных патентами и практически подтверждающих предлагаемую аналитическую интерпретацию процесса,  по условиям снижения его энергоемкости.

8. Предложенный способ перемешивания смесей в вибрационном смесителе позволяет  в зависимости от влажности по величине вибрационного импульса i в полученных диапазонах значений показателя виброактивности S в.к. оценивать степень однородности готовой продукции. Полученные зависимости  подтверждаются  на практике оценкой качества  смесей, важнейшим условием объективности которой является правильный выбор методики определения степени ее однородности. Наиболее эффективным является использование методики оценки качества смесей в зависимости от их влажности на базе разработанных способов, позволяющих не нарушая целостности сформированного продукта  судить об однородности.

9. С целью прогнозирования ожидаемой вероятности безотказной работы смесителя, на этапе проектирования  были проведены расчёты его надёжности,  что позволило выбрать наиболее подходящий вариант конструкции в зависимости от влажности кормосмеси, и обоснованно назначить рабочие режимы, форму и порядок обслуживания, при этом вычислительный эксперимент, с использованием эмпирических результатов, явился аналитической базой для проектирования вибросмесильного оборудования.

10. Результаты исследований явились научной и практической базой для обоснования технологических и технических средств приготовления кормосмесей различной влажности с наименьшими затратами энергии. С учетом полученных аналитических зависимостей, основных закономерностей воздействия исполнительных механизмов технических систем на кормосмесь, разработаны и внедрены:

-рекомендации по проектированию конструктивно - геометрических элементов, обеспечивающих процесс получения кормосмеси;

- рекомендации по - режимному ведению процесса смешивания;

-модельный ряд вибросмесителей периодического действия для малопорционных смесей разной влажности;

  -программные продукты по управлению качественными характеристиками процесса вибросмешивания и определению комплекса показателей надежности смесителей.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации в рецензируемых научных изданиях, рекомендуемых ВАК:

  1. Карташов Л.П., Межуева Л.В., Иванова А.П., Гунько В.В. // Влияние конструктивно-технологических параметров на результат вибросмешивания. - Техника в сельском хозяйстве , № 3, 2007, с. 28-29
  2. Межуева Л.В., Иванова А.П., Зинюхин Г.Б., Гунько В.В. //Биотехнологические  аспекты качества воды, - Оренбург, Вестник ОГУ,  №2 том 2. Естественные и технические науки, 2006г., с. 148-151

3.        Межуева Л.В., Гунько В.В., Маланчева С.Н., Какунин С.П. // К вопросу об исследовании надежности смесителей, -  Оренбург, Вестник ОГУ, №12. Экономические, естественные, технические науки, 2006г., с.490-494

4. Карташов Л.П., Межуева Л.В, Иванова А.П..// Оценка качества смесей разной влажности. - Техника в сельском хозяйстве, № 5, 2007. - с..

5. Иванова А.П., Межуева Л.В.// Зависимость качества смешивания кормовых масс от конструктивных особенностей вибросмесителей, - Оренбург, Вестник ОГУ, № 5, 2003, с.148-150

6. Межуева Л.В., Иванова А.П. // Способы оценки качества сыпучей смеси.- Техника в сельском хозяйстве, №5, 2003. - с.11-13.

7. Иванова А.П., Межуева Л.В., Васильева М.А.// Теоретическая концентрация - путь к прогнозированию качества сыпучей смеси. - Техника в сельском хозяйстве, №4, 2004. - с.16-17.

8. Иванова А.П., Межуева Л.В., Васильева М.А.// Геометрическое моделирование вибрационных поверхностей в приложении к процессу смешивания сыпучих кормов для птиц. - Техника в сельском хозяйстве, №3, 2005. - с.21-22.

9. Иванова А.П., Межуева Л.В.// К вопросу о сдвиговых характеристиках сыпучих кормовых систем. - Оренбург, Вестник ОГУ, № 12, 2004.- с157-159.

10. Межуева Л.В., Иванова А.П. // Проблемы повышения качества кормопроизводства. - Оренбург, Вестник ОГУ, № 4, 2005.- с 154-156.

11. Карташов Л.П., Иванова А.П., Межуева Л.В., Васильева М.А.// Методологические основы исследований  процесса приготовления кормов. - Техника в сельском хозяйстве, №3, 2005. - с.18-20.

12. Припадчев А.Д., Иванова А.П., Васильева М.А., Межуева Л.В., Усенбаева Ж.К. // Использование гравитационной поверхности при формировании конструктивно-технологической модели смесеприготовления, - Оренбург, Вестник ОГУ, № 5, 2002. с.198-201.

13. Иванова А.П., Васильева М.А., Воронков А.И., Припадчев А.Д., Межуева Л.В., Геометрическое моделирование в приложении к технологическому процессу приготовления однородной пищевой массы. - Оренбург, Вестник ОГУ, № 4, 2001.- с107-109

Список работ, отражающих содержание диссертации:

  1. Иванова А.П., Межуева Л.В. Моделирование геометрических поверхностей для вибросмесителей. - М.:Едиториал УРСС, 2005. – 104с.
  2. Карташов Л.П., Иванова А.П., Межуева Л.В., Гунько В.В. Смешивание в кормопроизводстве. – Оренбург.: ГОУ ОГУ, 2007. - 202с.
  3. Межуева Л.В., Иванова А.П., Гунько В.В. Биотехнологичекие аспекты производства влажных смесей: Учебное пособие. – М.: Издательство ЛКИ, 2007. – 152с.
  4. Межуева Л.В., Иванова А.П., Карташов Л.П., Гунько В.В. Программа для управления качественными характеристиками процесса вибросмешивания. Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ  № 2006610422 от 26.01.2006г.
  5. Межуева Л.В., Иванова А.П., Гунько В.В., Карташов Л.П., Какунин С.П., Маланчева С.Н. Программа для определения комплекса показателей надежности смесителей. Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2007611645 от 19.04.2007г.
  6. Межуева Л.В. Анализ конструкций вибрационного смесителя для приготовления сыпучих смесей. // ВИНИТИ; 09.01.03 №66-В2003
  7. Межуева Л.В. К вопросу о кормопроизводстве для свиней.// ВИНИТИ; 09.01.03 № 65- В2003
  8. Межуева Л.В., Быков А.В. Гунько В.В. // Разработка эффективного способа очистки воды от высокодисперсных примесей. Материалы  Всероссийской НПК «вызовы ХХI в образовании». Оренбург: ОГУ - 2005г. с. 82-86
  9. Гунько В.В., Межуева Л.В., Маланчева С.Н.. // Аналитическая модель процесса смешивания. Сб. статей II Международной НТК «Проблемы исследования и проектирования машин».- Пенза, 2006. с.25-28

23.Огородников П.И., Иванова А.П., Межуева Л.В., Васильева М.А.// Системный подход при моделировании энергосберегающего процесса приготовления кормовых смесей. Международная научно-техническая конференция. Сборник трудов Москва, ГНУ ВИЭСХ, 2003, ч.3, с. 27-32.

24. Межуева Л.В., Иванова А.П. //Влияние конструктивных особенностей вибрационных смесителей на процесс приготовления смесей. Всероссийская научно-практическая конференция "Оптимизация сложных биотехнологических систем". Сборник материалов Оренбург: ОГУ.- 2003, -с.63-66.

25. Иванова А.П., Межуева Л.В.// Влияние конструктивных особенностей вибрационных смесителей на процесс приготовления кормосмесей для свиней. Научно-технические проблемы механизации и автоматизации животноводства "Перспективные технологии и технические средства для животноводства: проблемы эффективности и ресурсосбережения"  Сборник научных трудов. Том 12. Часть 2.- ВНИИМЖ, Россельхозакадемия,2003.-С.139-146.

26. Огородников П.И.,  Иванова А.П., Межуева Л.В, Васильева М.А.// Экономическая эффективность процесса кормоприготовления. Часть 1. Зависимость экономической эффективности процесса смешивания от свойств сыпучих компонентов. Научное издание, Препринт/ 18.02.04. Екатеринбург: ИЭ УрО РАН №14(04), 2004,с.34

27.Огородников П.И., Иванова А.П., Межуева Л.В, Васильева М.А.// Экономическая эффективность процесса кормоприготовления. Часть 2. Обоснование влияния геометрических поверхностей при расчете экономической эффективности процесса смешивания. Научное издание, Препринт/ 18.02.04. Екатеринбург: ИЭ УрО РАН №15(04), 2004, с.34

28. Огородников П.И.,  Иванова А.П., Межуева Л.В, Васильева М.А.// Экономическая эффективность процесса кормоприготовления. Часть 3. Влияние оптимальной параметрической области на экономическую эффективность процесса смесеприготовления. Научное издание, Препринт/ 18.02.04. Екатеринбург: ИЭ УрО РАН №16(04), 2004, с.34

29. Огородников П.И.,  Иванова А.П., Межуева Л.В. Рекомендации по проектированию конструктивно-геометрических элементов, обеспечивающих вибросмесильный процесс. Под редакцией  Л.П.Карташова. Россельхозакадемия. - Москва, 2004,30 с.

30.Карташов Л.П., Межуева Л.В., Иванова А.П.// Применение параметрического синтеза для оптимизации процесса смешивания кормов. Научно-технический прогресс в животноводстве: перспективная система машин - основа реализации стратегии машинно-технологического обеспечения животноводства на период до 2010г. Сборник научных трудов. Том 13. Часть 1.- ВНИИМЖ, Россельхозакадемия, 2004.- С.181-187

31. Огородников П.И.,  Иванова А.П., Межуева Л.В. Рекомендации по режимному ведению процесса смешивания сыпучих кормовых смесей в вибрационных смесителях. Под редакцией  Л.П.Карташова. Российская академия наук. Уральское отделение. – Оренбург: Отдел биотехнологических систем, 2004.-48с.

32. Иванова А.П., Межуева Л.В. //К  вопросу о кормопроизводстве. Всероссийская научно-практическая конференция «Перспективы развития пищевой промышленности России». Материалы конференции.- Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ.-2005., с.184-187

33. Иванова А.П., Межуева Л.В. //Виброперемешивание кормов. Научно-технический прогресс в животноводстве: перспективные  ресурсосберегающие машинные технологии. Сборник научных трудов. Том 15. Часть 1.- ВНИИМЖ, Россельхозакадемия, Подольск 2005, с.66-74

34. Межуева Л.В., Дроздова Е.А., Быков А.В., Чеботарева А.В. //Разработка технологии получения пищевых и  кормовых продуктов с заданными свойствами из зернового сырья, обогащенного молочной сывороткой. «Вызовы ХХI века и образование». Материалы всероссийской научно-практической конференции.- Оренбург, ОГУ, 2006. – с. 61-66

35. Межуева Л.В., Иванова А.П. //Функциональный способ и устройство для очистки воды. Научное обеспечение  реализации направления «Ускоренное развитие  животноводства» Сборник научных трудов. Том 16. Часть 2.- ВНИИМЖ, Россельхозакадемия, Подольск 2006., с.235-241

36. Межуева Л.В., Иванова А.П., Гунько В.В., Маланчева С.Н. //Технология получения кормовых продуктов из зернового сырья, обогащенного молочной сывороткой. Сборник научных трудов. Том 17. Часть 1.- ВНИИМЖ, Россельхозакадемия, Подольск 2007, с.

37. Иванова А.П., Межуева Л.В., Васильева М.А., Припадчев А.Д. Формирование конструктивно-технологической модели процесса смесеприготовления. Материалы международного симпозиума. Кемерово: КемТИПП, 2002. – 82-84с.

38. Быков А.В.,  Межуева Л.В. // К вопросу использования криогенных технологий в очистке воды. Материалы всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии обеспечения безопасности питания и окружающей среды».-Оренбург: - 2007, с. 52-55.

39. Бондаренко В.А., Касперович В.Л., Межуева Л.В. Способ очистки воды. Патент RU №2282596// БИ №24 от 27.08.06г.

40. Быков А.В., Межуева Л.В., Быкова Л.А., Иванова А.П., Гунько В.В. Устройство для очистки воды. Патент RU № 2314264// БИ №1 от 10.01.08г

41. Ефремов И.В., Межуева Л.В., Быкова Л.А. Устройство для регистрации замедленной флуоресценции. Патент RU №2220413// БИ № 36 от 27.12.03г

42.Межуева Л.В., Иванова А.П., Огородников П.И., Припадчев А.Д. Вибрационный смеситель. Патент RU №2208473// БИ №20 от 20.07.03г.

43.Иванова А.П., Припадчев А.Д., Огородников П.И., Межуева Л.В., Ефремов И.В. Вибрационный смеситель.  Патент RU № 2216395// БИ №32 от 20.11.03г.

44.Иванова А.П., Припадчев А.Д., Огородников П.И., Межуева Л.В., Ефремов И.В. Вибрационный смеситель. Патент RU №2219992//БИ №36  от 27.12.03г.

45.Иванова А.П., Межуева Л.В.Способ смешивания сыпучих смесей. Патент RU №2248843// БИ №9 от 27.03.05г.

46.Иванова А.П., Межуева Л.В., Огородников П.И., Васильева М.А., Касперович В.Л. Корм для растущих свиней  Патент RU №2229826// БИ №16 от 10.06.04г.

47.Иванова А.П., Васильева М.А., Припадчев А.Д., Огородников П.И., Межуева Л.В., Касперович В.Л. Корм для молодняка коров. Патент RU №2229825// БИ № 16 от 10. 06.04г.

48.Иванова А.П., Межуева Л.В. Устройство для регистрации замедленной флуоресценции. Патент RU №2262094// БИ №28 от 10.10.05г.

49.Иванова А.П., Межуева Л.В., Припадчев А.Д., Огородников П.И., Васильева М.А. Приспособление для замера амплитуды колебаний вибрационного смесителя. Патент RU №2230298// БИ № 16 от 10.06.04г.

50.Иванова А.П., Межуева Л.В., Маланчева С.Н., Гунько В.В. Лабораторный смеситель. Патент RU №2301106 //БИ №17 от 20.06.07г.

51.Касперович В.Л., Дроздова Е.А., Межуева Л.В. Способ обработки пшеничных отрубей на корм. Патент RU №2269902// БИ №5 от 20.02.06г.

52.Межуева Л.В., Иванова А.П., Васильева М.А., Карташов Л.П., Огородников П.И. Способ контроля качества жидких смесей путем регистрации замедленной флуоресценции. Патент RU №2253859// БИ №16 от 10.06.05г.

53.Огородников П.И., Межуева Л.В., Иванова А.П., Васильева М.А., Припадчев А.Д., Воронков А.И. Вибрационный смеситель. Патент РФ№2219993 БИ № 36  от 27.12.03г.

54.Припадчев А.Д., Иванова А.П., Огородников П.И., Межуева Л.В., Васильева М.А., Воронков А.И. Вибрационный смеситель. Патент RU №2201796//БИ № 10 от10.04.03г.







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.