/
Текст
OR МЕПЬ4ШКОЁ1
ik i Ю1П Ш WKmfIh*
M EXAH ИЗАЦИЯ
И АВТОМАТИЗАЦИЯ
ЖИ ВОТНОВОДЧ ЕСКИХ
Этот электронный документ
предназначен только для
частного использования
в образовательных целях
УЧЕБНИКИ И УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ ДЛЯ ВЫСШИХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ
УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
С. В. МЕЛЬНИКОВ
МЕХАНИЗАЦИЯ
И АВТОМАТИЗАЦИЯ
ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ
ФЕРМ
Допущено Главным уп-
равлением высшего и
среднего сельскохозяйст-
венного образования Ми-
нистерства сельского хо-
зяйства СССР в качестве
учебного пособия для
студентов факультетов
механизации сельского
хозяйства высших сель-
скохозяйственных учеб-
ных заведений
ЛЕНИНГРАД «КОЛОС»
Ленинградское отделение 1978
ПМДИСЛОВИЕ
XXV съезд КПСС определил следующие основные факторы, влия-
ющие па увеличение производства и повышение качества сельскохо-
зяйственной продукции: последовательная интенсификация сельско-
хозяйственного производства, укрепление его материально-техниче-
ской базы, рост производительности труда, ускорение внедрения до-
стижений науки, техники и передового опыта, осуществление даль-
нейшей специализации и концентрации производства на основе меж-
хозяйствепной кооперации и создания агропромышленных объеди-
нений и предприятий.
Созданные за годы девятой пятилетки специализированные кон-
структорские бюро, научно-исследовательские проектно-технологиче-
ские институты механизации и электрификации сельского хозяйства,
я также заводы пр производству машин для животноводства и кор-
мопроизводства способствовали значительному ускорению разработки
и освоению промышленного производства новой животноводческой
техники. Это позволило за 1971—1975 гг. повысить уровень комплекс-
ной механизации на фермах крупного рогатого скота с 9 до 28%, на
свиноводческих фермах — с 23 до 60% и на птицеводческих фермах —
с 23 до 54%.
Существующая ныне «Система машин для комплексной механиза-
ции сельскохозяйственного производства на 1976—1980 гг.» [24]
включает 733 наименования комплектов, агрегатов, машин, аппаратов
н других типов оборудования для животноводства и кормопроизвод-
ства, из которых к началу десятой пятилетки промышленность про-
изводила 441 наименование, было рекомендовано к производству или
находилось на испытаниях 60 и подлежало разработке 232 наимено-
вания новых машин.
В настоящее время завершается подготовка новой перспективной
системы машин на 1980—1990 гг., которая обеспечит возможность
осуществления полной комплексной механизации как вновь строя-
щихся ферм и комплексов, так и всех реконструируемых животно-
водческих ферм. Новая система машин позволит снизить технологи-
ческую трудоемкость в обслуживании животных не менее чем на 50%
по сравнению с системой машин на 1976—1980 гг. и сократить
эксплуатационные издержки на 25—30%.
Бурный рост научно-технического прогресса в стране, перевод
животноводства на промышленную основу, а также развернутая про-
грамма строительства комплексов и крупных животноводческих ферм
1*
3
гргбугт рпсншрить подготовку инженерных кадров по механизации и
ЙП1ОМП1 и IHII.IIII животноводства.
I'li/i сельскохозяйственных институтов уже выпускает инженеров
> более глубокой подготовкой в области механизации животноводства.
В учебном плане специализации «Механизация животноводства»
вместо комплексного курса «Механизация животноводческих ферм»
наедены три самостоятельные дисциплины: «Механизация и автома-
11ИИЦ11Я животноводческих ферм», «Эксплуатация технологического
оборудования ферм и комплексов» и «Проектирование технологических
процессов животноводческих ферм и комплексов».
Предлагаемая книга написана в соответствии с программой первой
и । грех упомянутых дисциплин, более точное название которой опре-
делил Всесоюзный семинар заведующих кафедрами механизации жи-
вотноводческих ферм в 1975 г. (г. Кишинев) — «Технологическое обо-
рудование ферм и комплексов».
В книге излагаются основы теории технологических процессов,
построенных с учетом предъявляемых к промышленной технологии
производства продуктов животноводства зоотехнических, санитарно-
гигиенических и технико-экономических требований, а также основы
теории рабочих процессов животноводческих машин и методы их рас-
чета.
Опираясь на системный подход при изучении животноводческой
техники, автор стремится излагать учебный материал с привлечением
фундаментальных положений современной науки, уделяя максимум
внимания изучению методов анализа рассматриваемых процессов,
классификации и методов расчета технологического оборудования,
сведенного в поточные линии структурных подразделений животно-
водческих комплексов и ферм. При этом автор использовал резуль-
таты новейших научных исследований, выполненных за последние
годы ведущими научно-исследовательскими институтами (ВИЭСХ,
ВПИИКОМЖ, ВИК, ВНИИМ, ВНИИЖивмаш, НИПТИМЭСХ Нечер-
ноземной зоны РСФСР и др.) и учеными сельскохозяйственных вузов
страны.
Автор выражает искреннюю благодарность кандидатам техниче-
ских паук В. Р. Алешкину и Н. В. Брагинцу за их критические заме-
чания и полезные советы, сделанные при рецензировании книги,
а также благодарит коллектив кафедры механизации животноводче-
ских ферм Ленинградского сельскохозяйственного института за ока-
занную помощь в подборе материала и подготовке рукописи к печати.
Раздел 1
ЖИВОТНОВОДЧЕСКИЕ ФЕРМЫ И КОМПЛЕКСЫ
1.1. ЖИВОТНОВОДСТВО КАК ОТРАСЛЬ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
Животноводство — важнейшая отрасль сельскохозяйственного про-
и пюдства. Удельный вес продукции животноводства в денежном выра-
жении составляет около половины всей валовой продукции сельского
хозяйства, а в районах интенсивного животноводства — более 60%.
Животноводство дает ценные продукты питания, а также сырье для
легкой и пищевой промышленности.
Коммунистическая партия и Советское правительство постоянно
уделяют большое внимание развитию животноводства. В решении
мартовского (1965 г.) Пленума ЦК КПСС была заложена основа новой
аграрной политики КПСС, получившей дальнейшее развитие в реше-
ниях XXIV и XXV съездов партии. Партия взяла курс на перевод
всего сельского хозяйства на современную индустриальную базу,
па решительное ускорение научно-технического прогресса. Еще более
высокие темпы развития производства продуктов животноводства
предусмотрены пятилетним планом развития народного хозяйства
СССР па 1976—1980 гг. Для завершения перевода всего животновод-
ства на индустриальные рельсы требуются огромные капиталовложе-
ния, которые не могут быть выделены сразу, поэтому программа
строительства промышленных комплексов рассчитана на длительный
период. В ближайшие годы основная масса продуктов животновод-
ства, особенно скотоводства, еще будет производиться на существую-
щих и реконструируемых фермах обычных размеров. Это значит, что
наряду со строительством новых ферм и комплексов не менее важное
значение имеет работа по реконструкции имеющихся ферм-[17].
В настоящее время в отрасли животноводства занято 5,5 млн. че-
ловек, а общие затраты труда составляют 51% от всего сельскохозяй-
<чценного производства. Только на фермах крупного рогатого скота
работают 3,4 млн. человек, из них более 1,5 млн. доярок.
() ходе замены ручного труда на фермах машинным судят по уровню
Механизации работ (табл. 1). Уровнем механизации называется выра-
женное в процентах отношение количества животных (птицы), обслу-
живаемых машинами, к общему поголовью животных (птицы), имею-
щихся в хозяйстве (районе, области, республике).
Для создания новой высокопроизводительной техники в 1973 г.
и пашен стране было образовано общесоюзное Министерство машино-
< ipuennii для животноводства и кормопроизводства (Минживмаш),
которое призвано в короткие сроки создать новую отрасль машино-
5
строительной промышленности и полностью обеспечить животноводство
наиболее совершенной техникой [24].
Дальнейший рост производства продуктов животноводства, пре-
дусмотренный на десятую пятилетку, должен быть обеспечен за счет
Таблица 1. Уровень механизации
работ на фермах крупного рогатого
скота, %
Процесс 1966 г. 1971 г. 1977 г.
Водоснабжение 53 68 81
Раздача кормов 3 12 28
Уборка навоза 9 30 55
Доение коров 27 56 87
резкого повышения производитель-
ности труда при сокращении коли-
чества обслуживающего персонала
в отрасли, затрат живого труда
на производство единицы продук-
ции. Эта задача может быть решена
только путем комплексной механи-
зации технологических процессов
на базе применения электрифици-
рованных машин и автоматизиро-
ванных поточных линий. Недостат-
ки в механизации ферм, способах
содержания, организации труда, низкая продуктивность животных и
птицы — главные причины высоких затрат труда и себестоимости
производства. За последние десять лет в стране проведена большая
работа по сокращению затрат живого труда на производство продук-
тов животноводства (табл. 2), но эти затраты могли быть еще в 2—
2,5 раза ниже, если бы всюду была осуществлена комплексная меха-
низация. Об этом свидетельствует производственный опыт комплексно-
механизированных ферм.
Таблица 2. Затраты труда на производство продуктов животноводства,
чел.-ч на 1 ц
Продукция 1961 — 1965 гг. 1966—1970 гг. 1971-1973 гг. 1975 г.
Молоко 18 13 11 8-10
Прирост живой массы:
крупного рогатого скота 89 62 56 35—60
свиней 85 48 37 21-41
Яйцо 58* 23 13 6—23
* Единица измерения — чел.-ч/1000 шт.
Так, на ферме «Кутузовка» (НИИ животноводства лесостепи и
Полесья УССР) при беспривязном содержании на производство 1 ц
молока затрачивают лишь 2,7—3 чел.-ч. На молочной ферме колхоза
им. В. И. Ленина Тульской области затраты труда на 1 ц молока сни-
жены до 1,4 чел.-ч.
По данным Главживпрома СССР, на комплексах промышленного
типа в 1975 г. затраты труда составили на получение 1 ц молока
3,23 чел.-ч, 1 ц прироста массы свиней — 3 чел.-ч, 1 ц прироста массы
крупного рогатого скота — 3,8 чел.-ч.
6
1.2. ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМ И КОМПЛЕКСОВ
1.2.1. Животноводческие фермы. Фермы могут быть племенными
или товарными. Племенные предназначены для улучшения существую-
щих и выведения новых пород скота и птицы. На товарных произво-
дят продукты животноводства для народного потребления и нужд
промышленности.
В зависимости от биологического вида животных различают фермы
крупного рогатого скота, свиноводческие, овцеводческие, птицевод-
ческие, звероводческие и др.
Фермы крупного рогатого скота могут быть -молочными для про-
изводства цельного молока, молочно-мясными и мясными — для про-
изводства говядины. В зависимости от специализации, зональных
условий и объема производства проектируются и строятся фермы и
промышленные комплексы: молочного и молочно-мясного направле-
ний на 400, 600, 800, 1200, 1600 и 2000 коров; для выращивания ре-
монтного молодняка на 1000, 2000, 3000 и 6000 голов; для откорма
молодняка крупного рогатого скота на 2000, 3000, 6000, 9000 и
12 000 голов единовременного содержания, а также откормочные пло-
щадки на 10, 20 и 30 тыс. голов и племенные фермы на 400, 600 и
800 коров.
\ 'На фермах применяют две системы содержания животных — стой-
'лово-пастбищное или круглогодовое стойловое (безвыгульное) и два
основных способа содержания — привязное и беспривязное (боксовое, .
без подстилки или на глубокой несменяемой подстилке).
В состав фермы крупного рогатого скота входят следующие основ-
ные и вспомогательные здания и сооружения: коровни'ки, телятники
с родильным отделением, помещения для содержания молодняка,
. доильно-молочные блоки, пункты искусственного осеменения, здания
ветеринарного назначения, кормоприготовительные помещения, вы-/
фульно-кормовые дворы (или кормоцех). Кроме того, на каждой ферме
^троятся инженерные сооружения (водопровод, канализация, электро-
и теплоснабжение), навесы для грубых кормов, траншеи или башни
• для сенажа и силоса, навозохранилища, навесы для хранения тех-
\ники, внутрифермские дороги и площадки с твердым покрытием,
а также ограждения по наружному периметру территории фермы.
Таким образом, в инженерно-строительном отношении любая совре-
менная животноводческая ферма представляет собой совокупность
большого числа зданий и сооружений, и поэтому требуется умело вы-
брать научно обоснованное архитектурно-планировочное решение по
размещению всех объектов на генеральном плане. При проектирова-
нии ферм и отдельных зданий целесообразно предусматривать их бло-
кировку и наиболее компактное расположение с целью сокращения
протяженности всех коммуникаций и удешевления строительства.
На рис. 1 представлены генеральные планы молочных ферм на
400 коров привязного и 800 коров беспривязного содержания. Ранее
основным животноводческим помещением были коровники на 200 го-
7
Рис. 1. Генеральные планы молочных ферм:
а — на 400 коров привязного содержания: 1 — помещение для молодняка; 2 — коровник на 200 голов; 3 — телятник и родильное отде-
ление; 4 — автовесы; 5 — кормоцех; 6 — склады кормов; 7 — ветпункт; 8 — молочный блок; 9 — жижесборник; 10 — навозохранилище;
1! — водокачка; б — на 800 коров беспривязного боксового содержания (типовой проект № 801-315): I — коровники на 400 голов; 2
доильно-молочный блок; 3 — родилыгое отделение; 4 — соединительные галереи; 5 — ветсанпропускник; 6 — выгульные площадки; 7 —
стационар и изолятор; 8 — сенажные траншеи; 9 — котельная; 10 — кормоцех; II — площадка отгрузки скота; 12 — навозохранилище
лов. В последние годы все большее распространение получает строи-
тельство коровников вместимостью 400 голов, которые на комплексах
являются основным типом зданий.
1.2.2. Комплексы по производству молока. Молочные комплексы
строятся как для беспривязно-боксового, так и привязного содержа-
ния на поголовье от 800 до 2000 коров. В промышленное стадо поме-
щают животных с высоким уровнем продуктивности (4000—5500 кг
молока в год) и наиболее приспособленных к условиям промышленной
технологии. Коровы должны иметь хорошо развитое чашевидной
формы вымя, правильно расположенные цилиндрической формы
соски диаметром 25—30 мм при длине 60—90 мм. Большое значение
придается скорости молокоотдачи. Каждая корова должна отдавать
за первые три минуты машинного доения не менее 80% разового удоя
при общей продолжительности дойки не более семи минут. Всем этим
требованиям в большей мере отвечают молодые коровы первой и второй
лактаций; при комплектовании стада из них легче формировать одно-
родные группы [36, 45, 65].
Наиболее полно вопросы организации промышленного производ-
ства молока решены на экспериментальном комплексе «Щапово» Мос-
ковской области. Комплекс на 2000 коров построен в опытном хозяй-
стве Всесоюзного НИИ животноводства совместными усилиями наших
и немецких (ГДР) специалистов. Содержание коров круглогодовое
стойловое, беспривязное, боксовое.
Территория комплекса (рис. 2) делится на четыре зоны: 1) живот-
новодческие помещения, 2) помещения для хранения кормов, 3) адми-
нистративно-хозяйственная зона, 4) подсобно-вспомогательные зда-
ния. Основным звеном комплекса является производственное здание
(коровник) моноблочной конструкции (162 X 195 м), состоящее из
пяти пролетов. На территории комплекса находятся сенажные башни
вместимостью по 900 м3 каждая, силосные траншеи вместимостью по
4000 т, котельная и административно-бытовой корпус. Территория
ограждена, вход и выход возможны только через санпропускник.
За пределами ограды расположены насосная станция и навозохрани-
лище из четырех резервуаров вместимостью по 5000 т.
Все технологические процессы механизированы и автоматизиро-
ваны. Комплекс обслуживают 69 человек, из них непосредственно
в производстве занято 39 человек, в том числе операторов на дое-
н>ш — 12 и на раздаче кормов — 6. Затраты труда на 1 ц молока
0,78 чел.-ч при продуктивности 5500 кг в год (по проекту). Фактиче-
ские затраты труда в первый год работы комплекса 1,3 чел.-ч; затраты
корма 0,94 кормовой единицы на 1 кг молока; себестоимость 1 ц молока
15,48 руб.; сметная стоимость комплекса 7,3 млн. руб.
Гипронисельхозом разработаны типовые проекты (№ 801-275;
801-314, 801-315 и др.) молочных комплексов на 800—1200 голов
[4, 7, 41].
1.2.3. Комплексы но производству говядины. Производство говя-
дины в разных зонах страны имеет свои особенности. В южных степ-
ных районах создана специализированная отрасль — мясное ското-
9
водство (с выращиванием телят и откормом молодняка, получаемых
от коров мясных пород). Создаются комплексы для откорма 10, 20 и
30 тыс. голов молодняка крупного рогатого скота на открытых пло-
щадках. Молодняк в возрасте 8—9 мес поступает сюда нз колхозов
и совхозов — пайщиков межхозяйственных объединений на откорм.
За 150 дней их масса увеличивается от 300 до 425 кг.
В районах Нечерноземной зоны РСФСР получение говядины от
коров молочных пород ведут на специализированных откормочных
Рис. 2. Экспериментальный молочный комплекс «Щапово» Московской области на
2000 коров боксового содержания:
а — генеральный план: / — производственный цех; 2 — навозохранилище с насосной стан-
цией; 3 — силосные траншеи; 4 — ветсанпропускник; 5 — сенажные башни; 6 — выгуль-
ные площадки; 7 — убойный пункт; б — план производственного помещения: / — доиль-
ный блок; 2 — пункт искусственного осеменения; 3 — производственная зона (1520 коров);
4 — отделение для сухостойных коров; 5 — профилакторий; 6 — кормоцех; 7 — изолятор;
8 — родильное отделение; 9 — комнаты для зооветперсонала
комплексах. Телят (бычков) в возрасте 10—20 дней получают с мо-
лочных комплексов или ферм. В первый период откорма (за 115 дней)
выращивают и доращивают телят, доводя их массу до 128 кг. Во вто-
рой период откорма (за 277 дней) молодняк откармливают до 450 кг.
Таким образом, весь период откорма длится 392 дня.
Для круглогодового равномерного производства мяса прием телят
на выращивание и съем молодняка с откорма производятся через
13—14 дней партиями по 360 голов, Каждую партию завозят и выво-
зят с откорма на мясокомбинат в течение двух дней, по 180 голов
ежедневно. Это позволяет в течение года поставлять на убой 10 тыс. го-
10
лов молодняка и иметь валовой выход мяса в живой массе 4500 т
[33, 38, 631.
Первый в стране комплекс на 10 тыс. голов молодняка крупного
рогатого скота был построен и пущен в эксплуатацию в 1971 г. в сов-
хозе «Вороново» Московской области (рис. 3). В 1972 г. такой же ком-
плекс введен в эксплуатацию в совхозе «Пашский» Ленинградской
области.
Выращивание и откорм молодняка проводят в помещениях двух
типов, которые объединены в два сектора. Сектор выращивания вклю-
Рис. 3. Генеральный план комплекса «Вороново» Московской области по откорму
10 тыс. голов молодняка крупного рогатого скота:
1 — телятник первого периода откорма; 2 — помещение на 720 голов молодняка второго
периода откорма; 3 — склад комбикормов; 4 — кормопрнготовительная; 5 — сенохрани-
лище; 6 — хранилище сенажа; 7 — здание для приема и отгрузки скота; 8 — гараж; 9 —
навозохранилище; /0 — ветсанпропускннк; // — санбойня с лабораторией; 12 — насосная
станция
чает три телятника вместимостью по 1080 голов каждый, сектор от-
корма молодняка— 11 помещений вместимостью по 720 голов.
Сметная стоимость строительства с привязкой на местности
11 896 тыс. руб. Себестоимость 1 ц мяса (в живой массе) 109,54 руб.,
затраты труда на 1 ц прироста массы 3,26 чел.-ч, срок окупаемости
капиталовложений 4,3 года. В настоящее время строят комплексы на
Ю тыс. голов молодняка по типовому проекту № 801-250 или на
12 тыс. голов по проекту № 801-304.
Кроме молочных и откормочных комплексов, в последние годы
стали создаваться специализированные фермы и комплексы по выра-
щиванию ремонтного молодняка для обеспечения главным образом
молочных комплексов первотелками, специально подготовленными
к условиям промышленного животноводства.
11
Для коренного улучшения породного состава коров молочных ком-
плексов нетели или первотелки поступают на них со специализирован-
ных племенных комплексов, которые строятся мощностью на 400,
600 и 800 племенных коров.
1.2.4. Комплексы по производству свинины. В зависимости от
назначения и объема производства различают следующие типы свино-
водческих комплексов и специализированных ферм: промышленные
комплексы с законченным циклом производства на 12, 24, 54 и
108 тыс. свиней в год; откормочные фермы (без репродукций) на 1000,
2000, 4000, 6000, 8000 и 12 000 голов единовременного содержания;
репродукторные маточные фермы на 100, 200, 300, 400 и 600 основных
свиноматок с поросятами до 4 мес; племенные фермы на 50, 100 и
200 основных маток; смешанные фермы с законченным циклом произ-
водства на 50, 100, 150 и 200 основных маток со шлейфом. Вблизи
крупных городов и промышленных центров получили распростране-
ние откормочные свинофермы на 24—25 тыс. голов с откормом на пи-
щевых отходах.
Первенцем промышленного свиноводства в стране является от-
кормочный комплекс (рис. 4) в совхозе «Новый свет» Ленинградской
области на 150 тыс. голов откорма свиней в год, действующий с ян-
варя 1970 г. Позднее в этом совхозе введен в эксплуатацию репро-
дукторный комплекс.
На фермах применяются выгульная и безвыгульная системы со-
держания свиней; на комплексах промышленного типа животных на
откорме содержат группами по 20—30 голов в станках без выгула.
В отношении организации производства наиболее совершенными
являются комплексы с законченным производственным циклом. Сви-
новодческие комплексы «Кузнецовский» в совхозе им. 50-летия. СССР
Московской области, «Восточный» Ленинградской области, «Ильи-
ногорский» Горьковской области и другие созданы для выращива-
ния, доращивания и откорма 108 тыс. свиней в год [7, 3Q, 35, 49,
51, 54].
На генеральном плане комплекса «Кузнецовский» (рис. 5) разме-
щены комбикормовый завод производительностью 15 т/ч комбикор-
мов и 3 т/ч премиксов, производственная зона из 19 свинарников,
очистные сооружения, котельная и водозаборные сооружения.
Производственная структура комплекса включает 5 цехов, из ко-
торых 4 составляют сектор репродукции и один — сектор откорма.
В сектор репродукции входят: цех осеменения маток и первого пе-
риода супоросиости, цех маток второго периода супорссности, цех
опоросов и подсосных свиноматок и цех доращивания поросят-отъе-
мышей. Цех откорма свиней состоит из 10 корпусов [49]. Все цеха и
корпуса соединены между собой одной общей наземной галереей, по
которой производят перемещение животных нз одного помещения
в другое.
Основой промышленного производства свинины является производ-
ственный поток, представляющий собой «живой конвейер», составлен-
ный из таких половозрастных групп, как свиноматки, хряки-произ-
12
Рис. 4. Генеральный план свинооткор-
мочного комплекса «Новый свет» Ле-
нинградской области:
а — карантинная ферма: / — санбойня;
2 — приемная рампа; 3 — свинарник для
откорма; 4 — станция перекачки навоза;
5 — ветсанпропускник; б — основная фер-
ма: / — котельная; 2 — пункт техниче-
ского обслуживания и мастерская; 3 —
градирня; 4 — кормоцех со складом ком-
бикормов на 1200 т; 5 — хранилище пище-
вых отходов; 6 — овощехранилище; 7 —
автовесы с дезбарьером; 8 — расходная
площадка пищевых отходов; 9 — админи-
стративно-бытовой корпус с санпропуск-
ником; 10 — центральный пульт управле-
ния системой навозоудаления и микрокли-
матом; 11 — свинарники цеха откорма;
12 — погрузочная рампа; 13 — станция
перекачки навоза; 14 — железнодорожные
подъездные пути; в — фабрика торфона-
возных компостов: 1 — склад готовой про-
дукции; 2 — смесительный корпус; 3 —
пересыпной пункт с транспортерными га-
лереями; 4 — склад торфа; 5 — склад ми-
неральных удобрений
водители, поросята-сосуны, поросята-отъемыши, свиньи на откорме,
ремонтный молодняк (свиноматки и хрячки). Каждую группу содержат
в отдельном здании или секции здания и своевременно, согласно схеме
зоо
19 — котельная; 20 —- комбикормовой
Рис. 5. Генеральный план свиноводческого
комплекса «Кузнецовский» (совхоз им. 50-ле-
тия СССР Московской области) для откорма
108 тыс. свиней в год:
1 — корпуса для осеменения свиноматок и сви-
номаток первого периода супоросностн; 2 кор-
пуса для свиноматок второго периода супоросно-
сти; 3 — корпуса для подсосных свиноматок;
4 — корпуса для поросят-отъемышей; 5 — корпу-
са для свиней на откорме; 6,7, 8 — кормоприго-
товительные отделения; 9 — административный
корпус; 10 — соединительный коридор; 11 — вет-
пункт и санбойвя; 12 — ремонтная мастерская,
склад, гараж; 13 — рампа для погрузки живот-
ных; 14 —- автовесы; 15 — подземный переход;
16 — пункт перегрузки кормов; 17 — трансфор-
маторная подстанция; 18 — очистные сооружения;
завод; 21 — водозаборные сооружения
переводят в другое здание
производственного процесса (рис. 6)
а на ее место после санитарно-ветеринарных мероприятий помещают
очередную группу. Это дает возможность эксплуатировать помещения
14
п0 принципу «все занято» или «все свободно» и проводить все необхо-
димые профилактические мероприятия.
д Для обеспечения запланированной производительности (108 тыс.
откормленных свиней массой по 112 кг каждая дадут за год 12096 т мяса
в живой массе) необходимо ежедневно осеменять 44 свиноматки при
одлодотворяемости не менее 75%.
Со дня опороса до снятия с откорма проходит 222 дня, и средне-
суточный прирост массы составляет 500 г.
1-й цех первого периода 2-й цех второго периода
супоросности супоросности
Рис. 6. Схема движения поголовья при производстве свинины
В цехе откорма в каждой секции корпуса помещается 600 голов,
поэтому ритм производства по сдаче свинины на мясокомбинат со-
ставляет 600 свиней за каждые два дня. Темп производства 0,7 ч на
1 т живой массы свинины. На комплексе затрачивается 454 кормовые
единицы на 1 ц прироста массы. Все поголовье, находящееся на без-
выгульном содержании, обслуживают 72 человека. Затраты труда
на 1 ц прироста массы составляют 2,49 чел.-ч, а себестоимость его —
77 руб. [49].
Задача дальнейшей концентрации промышленного свиноводства
и совершенствования технологии содержания животных находит свое
разрешение в создании моноблочных свинарников большой вмести-
мости. Так, Гипронисельхоз разработал проект комплекса для про-
изводства 108 тыс. свиней в год с размещением всего поголовья в че-
тырех зданиях блочного типа (типовой проект № 802-280),
15
Наряду с горизонтальной применяется и вертикальная блоки-
ровка, строятся 4—6-этажные свинарники. На рис. 7 показан общий
вид и генеральный план свинокомбината совхоза им. Ю. Гагарина
в г. Вильянди ЭССР для выращивания и откорма 44 тыс. свиней в год.
Репродукторная зона комплекса размещена в одноэтажном широко-
габаритном многопролетном здании с размерами в плане 90X 195 м,
а откормочный — в шестиэтажном блоке с размерами 87,3x72 м и
высотой каждого этажа 3,6 м. Здание имеет два грузовых и один пас-
сажирский лифт.
Рис. 7. Свинокомбинат совхоза-техникума им. Ю. Гагарина:
а — общий вид; б — генеральный план: / — свинарник репродукторной зоны; 2 — адми-
нистративно-хозяйственный блок; 3 — шестиэтажный свинарник-откормочник; 4 — котель-
ная
1.2.5. Овцеводческие комплексы. По виду основной продукции
в овцеводстве различают следующие направления: шерстное и шерстно-
мясное (тонкорунное), мясо-шерстное (полутонкорунное), смушковое
(в том числе каракульское), мясо-сальное, шубное (грубошерстное,
романовское), мясо-шерстно-молочное.
В зависимости от климатических и экономических условий, нали-
чия кормовой базы и основного направления производства размеры
овцеводческих ферм и комплексов принимают от 2 до 20 тыс. голов.
В настоящее время по типовым проектам создаются комплексы на
2500, 5000 и 10 000 овцематок.
В овцеводстве приняты три основные системы содержания: паст-
бищная — при наличии пастбищ для круглогодового выпаса овец;
пастбищно-полустойловая — при наличии пастбищ для круглогодо-
вого выпаса, но с ежедневной подкормкой зимой в размерах 40—50%
от полной потребности в кормах; пастбищно-стойловая — в районах
с хорошо развитым полевым кормопроизводством, где нет зимних
пастбищ и зимой овец содержат в утепленных овчарнях в стойлах.
Овец формируют в отары: маток — от 300 до 1000 голов, баранов —
от 50 до 300, валухов — до 1200 голов.
Рекомендуемый зоотехническими требованиями состав кормосме-
сей: соломы — 20—40%, сена—12—26%, силоса — 40—60%, ком-
бикорма — 7—17% от общей питательной ценности рационов.
Зооинженерная часть промышленной технологии в овцеводстве
включает следующие процессы: осеменение маток, ягнение, выращи-
16
ванне молодняка, стрижку, профилактическую обработку овец (купа-
}1Ие), забой ягнят (в смушковом овцеводстве), доение, бонитировку,
нагул и откорм.
Всесоюзный научно-исследовательский институт овцеводства и
козоводства (ВНИИОК) разработал прогрессивную технологию груп-
пового содержания овец, предусматривающую цикличное осеменение
(через 2—3 нед) и ягнение маток в оцарках (групповые станки на 15—
30 голов). Оцарки создаются в специально оборудованной овчарне.
Через 20—30 дней ягнят с матками переводят в овчарню для выращи-
вания молодняка, а через 4—5 мес ягнят отбивают от маток и форми-
руют в отары для интенсивного доращивания, нагула и откорма.
В смушковом овцеводстве 50—60% ягнят забивают на смушки
в возрасте 1—2 дней, а маток объединяют в группы для доения (обычно
2 раза в день в течение 3 мес).
Забой каракульских ягнят и первичную обработку шкурок про-
изводят по поточной технологии на пунктах забоя, оборудованных
установками типа УЗКЯ (установка для забоя каракульских ягнят).
Стрижку овец выполняют на специально оборудованных пунктах
типа ВСЦ-24/200. Тонкорунных овец стригут один раз в году, весной,
а грубошерстных два раза — весной и осенью.
После стрижки производят профилактическую обработку овец —
купание в передвижных или стационарных купонных установках.
Купают овец путем опрыскивания (на передвижных установках) или
окунанием (в стационарных ваннах).
Для доставки воды на пастбища и поения овец в южных районах
используют передвижные водораздатчики ВУ-3, ВР-3 и передвижные
поилки ВУО-3, ПАП-10 и др.
Наибольшие предпосылки для применения промышленной техноло-
гии имеются в романовском (шубном, грубошерстном) овцеводстве.
В хозяйствах Нечерноземной зоны РСФСР за годы десятой пятилетки
будет построено 90 комплексов на 2500 и 5000 маток с поточной и
поточно-туровой технологией содержания и ягнения маток и ранним
отъемом ягнят. В связи с этим создаются специализированные цеха
на 3000—4000 голов по искусственному выращиванию ягнят в клеточ-
ных батареях (500 голов в каждой). С 2—3- до 45—60-дневного воз-
раста ягнят в клетках выращивают на заменителях молока, а затем
до 5—8-месячного возраста — на гранулах и специальных комбикор-
мах.
Генеральный план овцеводческого комплекса на 2500 маток рома-
новской породы, рассчитанного на получение 3600 шубных овчин,
1317 ц баранины и 87,5 ц шерсти, включает три овчарни, в каждой
помещают 800 маток с ягнятами и 160 голов ремонтного молодняка.
Содержание овец стойлово-пастбищное при раннем зимнем ягнении
(ноябрь — декабрь). В стойловый период животные находятся в ов-
чарнях на глубокой подстилке, а остальное время — на долголетних
культурных пастбищах с постоянными изгородями. Искусственное
осеменение цикличное; из всех отар отбирают маток в охоте, осеменяют
и формируют одну отару. Через 5—7 дней набирают следующую
17
отару. Такой метод позволяет сделать производственный процесс рит-
мичным, т. е. прерывно-поточным с выходом партий ягнят через
7—9 дней.
Кормление животных производится в зависимости от погоды или
в овчарне или на площадках с навесами (базы), оборудованных кор-
мушками. Раздают корма мобильными кормораздатчиками КТУ-10А.
Для поения животных применяют стационарные групповые авто-
поилки АГО-4 (от водопровода), а на пастбищах — групповые по-
илки АО-3.
Навоз из помещений и с площадок убирают трактором с бульдо'-
зерной навеской БН-1 один раз в год, когда овцы находятся на паст-
бище.
Стрижка овец на комплексах производится в одной из овчарен,
где оборудуется временный стригальный пункте агрегатомЭСА-12/200А
и стационарная купонная ванна. Стригут овец 2 раза в год, весной и
осенью, и, кроме того, молодняк прошедшего года — летом для полу-
чения поярка.
Комплекс обслуживают 37 человек, в том числе 28 чабанов. За-
траты труда на производство 1 ц мяса составляют 9,7 чел.-ч, на 1 ц
шерсти — 12,7 чел.-ч. Сметная стоимость строительства (по проекту)
0,74 млн. руб.
Создание крупных овцеводческих комплексов и комплексная меха-
низация производственных процессов позволят в ближайшие годы
снизить затраты труда в овцеводстве в 10—12 раз.
1.2.6. Комплексы по производству яиц и мяса птицы. Современное
птицеводство на промышленной основе — это наиболее механизиро-
ванная отрасль животноводства. Она включает птицефабрики, специа-
лизированные совхозы и птицефермы, принадлежащие совхозам и кол-
хозам. В годы девятой пятилетки основная масса птицы размещалась
на небольших по размерам птицефермах (до 5000 голов). Постановле-
ние ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О мерах по дальнейшему
увеличению производства яиц и мяса птицы на промышленной основе»
(1971 г.) определило широкую программу мер по развитию промышлен-
ных методов содержания и выращивания птицы, предусмотрено строи-
тельство и расширение 585 птицефабрик.
Птицефабрики — это крупные узкоспециализированные предприя-
тия промышленного типа, рассчитанные на содержание 250—500 тыс.
кур-несушек промышленного стада и более (птицефабрики по произ-
водству яиц) или на производство 1, 3, 6 млн. бройлеров и более в год.
На птицефабриках с законченным циклом производства имеются все
подразделения, необходимые для получения конечной товарной про-
дукции [25, 38, 66].
Крупные птицефабрики создаются преимущественно около боль-
ших городов для обеспечения их населения диетическим яйцом и
мясом птицы. Такие птицефабрики не имеют собственных сельскохо-
зяйственных угодий, работают на готовых комбикормах, получаемых
от государства, и представляют собой предприятия промышленного
типа.
18
В специализированных птицесовхозах объем производства мень-
ший (50—200 тыс. кур-несушек или до 1 млн. бройлеров в год). Они
не всегда имеют все подразделения для законченного цикла производ-
ства, но располагают своей собственной кормовой базой и частично
обеспечиваются комбикормами государством.
Рис. 8. Генеральный план птицефабрики на 200 тыс. кур-несушек с содержанием
в клеточных батареях:
1 — птичник на 50 тыс. кур-несушек маточного стада; 2 — птичник на 30 тыс. клеточных
несушек; 3 — акклиматизатор на 12 —15 тыс. молодняка; 4 — батарейный цех на 50 тыс.
цыплят; 5 — птичник на 1000 кур чистых линий; 6 — птичник для цыплят маточного стада
на 12 тыс. голов; 7 — инкубаторий; 8 — яйцесклад на 140—160 тыс. яиц в смену; 9 — кор-
моцех; 10 — склад комбикормов иа 1000 т; 11 — склады для силоса н корнеклубнеплодов;
^2 — блок подсобно-производственных помещений с санпропускником для яично-птичной
тары; 13 — стоянка автомашин; 14 — мойка автомашин; 15 — бензозаправочная колонка;
16 — убойный пункт мощностью 3 т/смену; 17 — батарейный цех откорма цыплят на 36
тыс. птнце-мест; 18 — центральная котельная; 19 — площадка для угля; 20 — бригадный
Дом на 10 человек; 21 — бригадный Дом на 25 человек; 22 — блок конторско-бытовых поме-
щений с проходной; 23 — ветеринарный блок; 24 — автовесы; 25 — солярий; 26, 27 — скла-
ды подстилки; 28 трансформаторная подстанция
Для специализированных птицеферм совхозов и колхозов харак-
терен еще меньший объем производства (16, 20, 50 тыс. кур-несушек
или выращивание до 500 тыс. бройлеров в год). Они используют деше-
вые корма собственного производства и не рассчитаны на полный про-
изводственный цикл.
В качестве примера рассмотрим генеральный план птицефабрики
(рис. 8) на 200 тыс. кур-несушек с содержанием в клеточных батареях.
Она состоит из четырех птичников 1 на 50 тыс. кур-несушек маточ-
19
ного родительского стада каждый, четырех корпусов 2 для кур-несушек
промышленного стада на 30 тыс. голов, десяти акклиматизаторов 3
на 12—15 тыс. молодняка, четырех батарейных цехов 4 на 50 тыс. цып-
лят каждый, одного птичника 6 для цыплят маточного стада на 12 тыс.
голов, инкубатория 7 на четыре инкубатора '«Универсал-45», склада
на 140—160 тыс. яиц в смену, кормоцеха производительностью 25 т
комбикормов и 22 т влажных мешанок в смену, склада комбикормов
на 1000 т, силосо- и корнеплодохранилищ.
При разработке генеральных планов птицефабрик применяют
принцип функционального деления территории на зоны, учитывающий
биологические особенности птицы на разных фазах развития. Пре-
дусматривают отдельные зоны: маточного стада, промышленного стада,
выращивания ремонтного молодняка, подсобных производств и служб.
Каждая зона изолируется санитарными разрывами и насаждениями.
В каждом птичнике содержится птица одного возраста, комплектова-
ние производится циклично.
В птицеводстве различают: системы содержания птиц — интен-
сивную, выгульную и комбинированную; способы содержания —
клеточное и напольное. Интенсивная система применяется на птице-
фабриках и в специализированных хозяйствах, выгульная — в пле-
менных хозяйствах и в цехах маточного стада (репродукторах), на
птицефабриках. Комбинированная система предусматривает выращи-
вание цыплят в клетках (цыплят — до 60 дней; утят, гусят — до
20 дней; индюков — до 45 дней), а затем в лагерях или птичниках
с выгулами (акклиматизаторах). Интенсификация птицеводства спо-
собствовала усовершенствованию технологии. Молодняк содержат
в клетках от 1 до 140 дней (без пересадки), т. е. до перевода его в про-
мышленное стадо кур-несушек.
Полный производственный процесс с законченным циклом вклю-
чает: племенную работу и производство яиц для воспроизводства
стада; инкубацию яиц; выращивание цыплят (до 60-дневного возраста)
и ремонтного молодняка (от 60 до 140 дней); содержание кур-несушек
с целью производства пищевых яиц; подготовку продукции для реа-
лизации, реализацию ее; утилизацию отходов производства.
Процесс производства яиц (рис. 9, а) сводится к следующему.
В цехе маточного (родительского) стада в широкогабаритных птич-
никах на глубокой подстилке содержатся племенные куры-несушки и
петухи (на 10 кур 1 петух). Яйца этих кур направляются в цех инку-
бации. Из инкубатория цыплята в суточном возрасте передаются в цех
клеточного выращивания, где они выращиваются по периодам: пер-
вый — с 1 до 30 дней, второй — с 31 до 60 дней. Затем цыплят переса-
живают в цех ремонтного молодняка — птичники с напольным содер-
жанием на глубокой несменяемой подстилке. Далее куры в возрасте
140—150 дней передаются в цех промышленного стада, которое за год
обновляется на 120—150%. Если не проводят сортировку суточных
цыплят по полу, то в 60-дневном возрасте петушков и выбракованных
курочек переводят из цеха клеточного выращивания в цех откорма,
где их содержат до 80—90-дневного возраста, а затем забивают на
20
мясо. Маточное стадо составляет 10—12%, а промышленное — 88—
90?о всего поголовья несушек.
yifmo из цеха кур-несушек направляют на реализацию через яйце-
склад- Птица, предназначенная для забоя, поступает в забойный цех.
Отходы, полученные при убое, инкубации, выращивании и содержа-
нии птицы, направляют в цех утилизации для приготовления мясо-
костной и перьевой муки.
В технологию производства бройлеров (рис. 9, б) входит: содер-
жание маточного стада в птичниках на .глубокой подстилке, инкуба-
ция яиц в инкубатории и выращивание цыплят в широкогабаритных
птичниках с напольным или клеточным содержанием. За 60—70 дней
бройлеры достигают живой массы по 1,2—1,5 кг. '
1.2.7. Производственные объединения. Дальнейший рост кон-
центрации производства в птицеводстве сопровождается более углуб-
ленной специализацией и созданием крупных производственных объе-
динений, включающих несколько птицефабрик. На таких птицефабри-
ках вместо законченного цикла организуется дифференцированное
производство. На одной фабрике содержат родительское стадо и про-
изводят инкубацию яиц, на другой выращивают ремонтный молодняк,
на третьей содержат только промышленное стадо и т. д. Таким обра-
зом, здесь законченный цикл производства имеется, но он осуществ-
ляется в рамках целого птицеводческого объединения.
В свиноводстве также имеется опыт создания крупных объедине-
ний, внутри которых производится углубленная внутриотраслевая
специализация. Так, в Ленинградской области создана фирма «Новый
свет», объединяющая шесть крупных свиноводческих комплексов,
в том числе два племенных с производством по 20 тыс. поросят в год
в каждом.
При производстве молока концентрация несколько ограничена
возможностями кормовой базы и большей сложностью воспроизводи-
тельного процесса. Дальнейшая концентрация производства в молоч-
ном скотоводстве идет, так же как и в птицеводстве, по пути создания
более крупных объединений. В рамках таких объединений создаются
узкоспециализированные комплексы, которые в совокупности позво-
ляют организовать законченный цикл производства. Так, в Ленин-
градской области на основе межхозяйственнон специализации сов-
хозов созданы комплексы четырех видов: молочные, по выращиванию
первотелок (ремонтного молодняка), откормочные (мясные) и пле-
менные. Аналогичные комплексы создаются и в колхозах на основе
межхозяйственной кооперации и специализации.
Из всего сказанного выше видно, что животноводческие комплексы
представляют собой не простое укрупнение существующих ферм
С размещением большого количества животных в одном месте, а прин-
ципиально новую форму организации производства с новой техноло-
гией, новыми средствами механизации, автоматизации и управления
технологическими процессами.
1.2.8. Особенности технологии производства продуктов животно-
водства на промышленной основе. Помимо высокого уровня концен-
21
-Молодки для ремонта родительского стада.
Яйца в
упаковке
Мясо-
костная
^„„оАяЙПИКИ яичного (вверху) и мясного (бройлерного)
Рис. 9. Технологические схемы производственного процесса птицефабрики я и тек/
направления (внизу)
трации, глубокой специализации и законченного цикла производства
промышленные методы организации предусматривают обязательное
наличие потока. В основу технологии производства продуктов жи-
вотноводства на комплексах положен промышленный метод непрерыв-
ного равномерно распределенного в течение всего года воспроизвод-
ства поголовья. Поток воспроизводства является определяющим в про-
изводственном процессе, так как отражает его основное содержание
(см. рис. 6 и 9).
В целом технология производства продуктов животноводства
может быть разделена на две взаимосвязанные части — зооинженер-
ную и инженерно-техническую.
В зооинженерной части промышленная технология предусматри-
вает групповое обслуживание животных, поэтому их объединяют
в однородные по производственной характеристике группы. Например,
дойных коров формируют в группы по 32 или 48 голов, а в период
нахождения в родильном отделении — по 16 голов. Подобранные
с одинаковой продуктивностью, сроками отелов, интенсивностью моло-
коотдачи и другими показателями, они подчиняются одному режиму
дня, и в этом случае легче обеспечить их кормление и доение совре-
менными средствами механизации. Точно так же в свиноводстве тех-
нологией непрерывного воспроизводства и откорма свиней предусмат-
ривается формирование однородных групп свиноматок и свиней на
откорме. Осеменение каждой группы свиноматок производится в точно
определенный и короткий период времени. Для каждой фазы произ-
водственного цикла создаются специализированные цеха, и в зави-
симости от назначения животные содержатся в специализированных
помещениях.
В инженерно-технической части промышленная технология преду-
сматривает полную механизацию всех операций с широким примене-
нием средств автоматики. Технологический процесс, составленный
из ряда взаимосвязанных операций, протекающих в установленной
последовательности и в строго отведенное время, представляет собой
поток, в котором предмет труда (корм, животные) перемещается от
одного рабочего места или машины к другому. При стационарном рас-
положении животных (привязное, станочное, клеточное) к ним в опре-
деленной последовательности перемещаются средства труда (машины),
а также подаются некоторые предметы труда (корм, вода). При кон-
вейерном обслуживании дойных коров к местам обслуживания под-
водит конвейер. Таким образом, в зависимости от принятой системы
содержания животных для их инженерного обеспечения создаются
различные поточные технологические линии. Каждая линия имеет
набор оборудования, которое последовательно включается в работу
вручную или автоматически по команде с центрального пульта управ-
ления технологическими процессами.
На рис. 10 схематически изображены технологические процессы,
протекающие на животноводческих комплексах с указанием основ-
ных операций. Из схемы видно, что в животноводстве применяется
большое число различных операций даже одного назначения (напри-
24
Рис. 10. Схема технологических процессов на молочных комплексах
В
о
8
£
S
I
С
I
£
с;
0>
£
i
§
a-
Q>
§
Cb
сь
$
Гранулирование
Плющение
Смешивание
Дозирование
Разминание
Прессование
Очистка
Протряхивание
Отвеивание
Просеивание
Мытье
Измельчение
Резка
Дробление
Разлом
Размол
Силосование
Заквашивание
Осолаживание
Дрожжевание
Запаривание
Заваривание
Варка
Выпечка
Сушка
Выпаривание
Поджаривание
Пастеризация кор
мового обрата
Гидролиз
Обработка
щелочами
Раскисление силоса
--------—---------1
л
о
§
О
Очистка
о
I
о
3
c
§
e
*5
Охлаждение
Мойка
| Стрижка
I Массаж
| Облучение
ъ
Пастеризация
Приготовление сыра.
______и брынзы_____
Сепарирование
Маслоизготовление
gsg
-
1 Н§
25
Приготовление
кисломолочных продуктов
Сгущение
Сушка
Стрижка, сбор шерсти и пуха
_______Прессование шерсти
Получение и откорм поросят
Сбор и сортировка яиц
________Хранение яиц__________
[ Получение и переработка пуха
Р Получение и переработка мяса
Чистка
25
oB-
о s
a 2:
вает расположение пола уступом над навозным проходом, по кото-
рому движется навозоуборочный дельта-скрепер. Третья схема
(рис. 12, ж) применяется при наличии каналов самотечной системы
навозоудаления. Наиболее перспективными являются стойла, устро-
енные по четвертой схеме (рис. 12, з).
Рис. 12. Влияние конструкции стойл на технологию навозоудаления при привяз-
ном содержании коров:
а, б — соответственно короткое и длинное стойла; в, г — распределение экскрементов в за-
висимости от длины стойл; д, е, ж, з — конструктивные размеры стойл
При стойловом содержании скота важное значение имеет устрой-
ство привязи, которая должна ограничивать передвижение животных
вперед (в сторону кормушки) и назад, но не препятствовать удобному
лежанию при отдыхе, а также приему корма и воды.
Для быков, коров в родильном отделении и племенных коров,
содержащихся в длинных стойлах, применяют соответственно и длин-
ную свободную привязь — цепную с ручным привязыванием и отвя-
28
гванием. /Молочных коров промышленного стада содержат в корот-
3 стойлах, в которых голова животного постоянно находится над
кормушкой. Корова фиксируется в этом положении короткой привя-
зью. Короткие привязи бывают двух видов: жесткие (рамные, или
хомутовые) и цепные (двухконцевые, трех концевые). Промышленность
Рис. Стойловое оборудование для привязного содержания коров:
л — групповая жесткая рамная (хомутовая) привязь ОСК-25: / — каркас; 2 — автопоилка
с подводом воды; 3 — кронштейн для крепления вакуум- и молокопроводов; • 4 — шейная
рама; 5 — механизм групповой привязи; 6 — привод привязи; 7 — ограничительная цепь;
о — групповая цепная полугнбкая привязь: / — стойловая рама; 2 — ограничитель иа дге
головы; з — кронштейн; 4 — боковой разделитель; 5 — регулировочная планка; б — раз-
делитель стойловой рамы
изготовляет комплекты стойлового оборудования: ОСК-25 с короткой
рамной привязью и УГОС-ЮО с вертикальной цепной двухконцевой
привязью и плечевым ограничителем.
Жесткая рамная привязь ОСК-25 (рис. 13, а) состоит из двух раз-
движных трубок, образующих шейную раму, закрепленную цепью
внизу и болтами вверху на неподвижной раме стойла, и подвижной
тяги, обеспечивающей групповое отвязывание 25—30 коров. Расстоя-
ние между трубками шейной рамы 180—220 мм.
29
ГСКБ по комплексам машин для ферм крупного рогатого скота
(г. Рига) модернизировало это стойловое оборудование (ОСК-25А),
заменив в комплекте шейные рамы на вертикальную и охватываю-
щую цепи и механизм привязи с приводными штангами — на меха-
низм отвязывания.
•. Цепная двухконцевая привязь (рис. 13, б) состоит из вертикаль-
ной длинной цепи, внизу закрепленной на полу стойла, а вверху фик-
сируемой на брусе стойловой рамы. Вертикальная цепь продета через
нижнее и верхнее кольца короткой цепи — ошейника, который при
подъеме или опускании животного скользит по вертикальной цепи.
Плечевой ограничитель в виде изогнутой трубы ограничивает движе-
ние в сторону кормушки, так как животное упирается в него лопат-
ками. Положение ограничителя на стойках рамы регулируют по вы-
соте животного.
{ Передний борт бетонной кормушки накрывают деревянным брусом,
располагая верхнюю грань его на высоте 300—320 мм от пола. Ширину
бетонной кормушки увеличивают до 900—1000 мм для исключения
пересыпания корма через передний борт. Высота заднего борта 700 мм:
Наряду с оборудованием стойла важное значение имеет устройство
внутренней водопроводной сети (диаметры труб 25—50 мм) и водо-
разборных приборов — колонок, поливочных кранов и автопоилок.
Разводку водопроводных труб для поения животных в коровни-
ках выполняют по верхней обвязке стойловой рамы или по полу
стойла. Автопоилки монтируют на отводах, укрепленных на верти-
кальных стойках рамы. В ряде случаев для экономии расхода металла
верхнюю обвязку и стойки стойловой рамы делают из труб диаметром
40—50 мм и используют для подвода воды к поилкам, i
При рамной привязи ОСК-25 поилки, как правило, размещают
внутри кормушек, а при цепной — снаружи, со стороны стойла.
Следует учесть, что если на фермах водопотребление исчисляется
десятками или сотнями кубических метров воды в сутки, то на сов-
ременных комплексах оно достигает нескольких тысяч кубических
метров. Например, на откормочном комплексе «Вороново» суточный
расход воды составляет 2500 м3, а на свиноводческом комплексе «Куз-
нецовский» он превышает 4000 м3.
Водоснабжение на комплексах, особенно молочных, должно быть
бесперебойным и достаточным, так как перерывы в подаче воды при-
водят к нарушению технологических процессов, снижению надоев
молока и потере его качества.
Для поения крупного рогатого скота применяют одночашечные
клапанные поилки: металлические ПА-1А или пластмассовые АП-1А,
одинарные с открытой чашей вместимостью 1,9 дм3 (1,9 л). Одна поилка
обслуживает два рядом расположенных стойла. Для подогрева воды,
подводимой к автопоилкам, применяют электроводоподогреватель
ВЭП-600, имеющий свой насос и шкаф управления.
На выгульных площадках и в коровниках для беспривязного со-
держания применяют групповые поилки АГК-4А (с электроподогре-
вом) на 4 коровы или АГК-12А на 12 коров. Автопоилка АГК-4А через
30
анг подключается к водопроводной сети, имеет вместимость поиль-
ной чашки 60 дм3 и мощность нагревательного элемента 1 кВт. Тер-
морегулятор поддерживает температуру воды в пределах 4—18° С.
После установки на постоянное место поилка обязательно должна
быть заземлена. Групповая поилка АГК-12А является передвижной
и состоит из цистерны вместимостью 3 м3 на салазках и двух водопой-
ных корыт.
Для забора воды из водоисточников, доставки ее на пастбища,
в летние лагеря и заправки групповых поилок АГК-12А используют
водор аз датчики ВУ-3, ВР-ЗМ, а также передвижные поилки ВУК-3
или ПАП-10А, оборудованные цистерной вместимостью 3 м3 и насо-
сом с приводом от МОМ трактора.
1.3.2. Внутренняя планировка в коровниках с беспривязным содер-
жанием животных. Реконструкция коровников. При
реконструкции молочных ферм с целью внедрения промышленных
методов организации производства молока коровники, построенные по
устаревшим типовым проектам, переоборудуют под беспривязно-бок-
совое содержание. На рис. 14 показана разработанная НИПТИМЭСХом
Нечерноземной зоны РСФСР [41] схема реконструкции блока из двух
200-местных коровников шириной 18 м. В каждом переоборудованном
коровнике размещают в три ряда 216 голов, сведенных в шесть групп
(три группы по 32 дойные коровы и три — по 40 коров). Коровники
соединены между собой доильно-молочным блоком со служебными
помещениями и двумя доильными установками УДЕ-8 типа «Елочка».
Преддоильная площадка рассчитана на 32 головы; коровы на доение
проходят по поперечному проходу, разделенному на два коридора,
что исключает встречные потоки животных.
Корма раздают стационарными ленточными транспортерами, за-
гружаемыми в тамбурах мобильными кормораздатчиками КТУ.-10.
Навоз из продольных кормонавозных проходов убирают установками
УС-15 с дельта-скреперами, которые через решетки сталкивают его
в поперечный канал. В поперечном канале установлен скребковый
транспортер ТСН-ЗБ; можно использовать скреперную установку
УС-10. Удаляемый навоз собирается в ковше скипового навозопогруз-
чика ОН-4, размещенного в пристройке к продольной стене коров-
ника. Реконструированную ферму на 432 головы обслуживают 23 че-
ловека.
Рижское ГСКБ по комплексам машин для ферм крупного рогатого
скота разработало схемы реконструкции коровников шириной 18 и
21 м, предусматривающие переход на боксовое или комбибоксовое
содержание коров при использовании современного серийного обору-
дования в соответствии с «Системой машин на 1976—1980 гг.» [24].
Первая схема (рис. 15, а) предусматривает раздачу кормов в сдво-
енную кормушку мобильным кормораздатчиком КТУ-10, удаление
навоза бульдозером.
Во второй схеме (рис. 15, б) используются стационарный ленточ-
ный кормораздатчик и стационарная система навозоудаления с уста-
новкой УС-15, оборудованной дельта-скреперами.
31
Рис. 14. Схема реконструкции блока из двух коровников шириной 18 м:
1 — помещение для навозопогрузчика ОН-4; 2 — кормонавозный проход; 3 — кормоза-
грузочная; 4 — преддоильная площадка; 5 — траншея доильной установки УДЕ-6: 6 —
комната для персонала; 7 — комната бригадира; 8 — молокоприемная; 9 — молочная ла-
боратория; /0 — лаборатория пункта искусственного осеменения; П — пункт искусствен*
ного осеменения; 12 — склад дезинфицирующих средств; 13 — венткамера; 14 — входной
тамбур и коридор; 15 — склад комбикормов; 16 — холодильно-компрессорная; /7 — гар-
дероб; 18— душевая; 19 — навозоуборочная установка УС-15; 20 — ленточный кормораз-
датчик (или ТВК-80А); 21 — кормозагрузочный тамбур; /—/// — номера групп
Третья схема (рис. 15, в) разработана для коровника шириной
21 м. Раздача кормов производится мобильными средствами, а уда-
ление бесподстилочного навоза — через самотечные каналы.
Схемы размещения технологического оборудования в 200-местных (а, б, в)
и яии-местном коровниках (г):
для vmhLuT" комбпбокс; 3 — кормушка; 4 — кормовой проход; 5 — решетка; 6 — канал
Удаления жидкого навоза; 7 — навозный проход
всех вариантах боксового и комбибоксового содержания живот-
1Х Фис- 15, г) доение коров предусмотрено производить на стацио-
2 С. ВА Мельников со
нарных доильных площадках установками УДЕ-8 типа «Елочка» или
УДТ-6 типа «Тандем».
Боксовое и к о м б и б оке о во е содержание коров.
Важнейшим и наиболее эффективным направлением в сооружении
животноводческих комплексов является строительство моноблочных
многопролетных производственных зданий, позволяющее значительно
сократить их стоимость и уменьшить площадь застройки. Примером
этому служит производственное здание молочного комплекса «Щапове»
Московской области на 2000 коров с удоем 5500 кг в год. Внутренняя
планировка коровника приведена на рис. 2, б. В здании под одной
крышей размещены секции для содержания дойных коров группами
по 48 голов в каждой; отделение для сухостойных коров; родильное
отделение, где группы уменьшены до 16 голов и коровы содержатся
на привязи; профилакторий для телят, стационар для больных коров;
доильный зал с доильной установкой конвейерно-кольцевого типа па
40 станков; кормоцех; ветеринарный пункт и другие помещения.
Для перегона коров на доильную площадку и обратно имеются спе-
циальные проходы. Секции для отдыха животных оборудованы бок-
сами и групповыми кормушками. Все проходы имеют решетчатые
полы, под которыми расположены
каналы для удаления навоза.
При строительстве молочных
ферм и комплексов с павильонной
застройкой на 800 и 1200 голов
основным типом производственного
здания является коровник на 400
голов (рис. 15, г) беспривязного бок-
сового (типовой проект № 801-315)
или комбибоксового (типовой проект
№ 801-275) содержания.
Молочный комплекс на 1200 го-
лов состоит из трех таких коровни-
чным блоком скотопрогонной гале-
Таблица 3. Размеры боксов для
крупного рогатого скота, мм
Группа животных Дли на Шири- на
Телята 3—12 мес 1500 700
Молодняк 12—18 1900 900
мес
Коровы массой, кг:
450 2000—2100 1100
550 2050—2150 1200
650 2100—2200 1250
ков, соединенных с доильно-:
реей. Внутри коровников оборудованы четыре ряда боксов, полу-
боксов и кормушек. Между кормушками устроены кормовые проходы
шириной 2,3 м, что позволяет производить раздачу кормов мобиль-
ными кормораздатчиками К.ТУ-10. Проходы между боксами перекрыты
щелевыми полами, под которыми проложены продольные каналы для
гидравлического удаления бесподстилочного навоза. Коровы разме-
щены в секциях помещения по 50 голов в группе. Посередине коров-
ника имеется поперечный проход для перегона коров в доильный зал
для доения на установках УДЕ-8 типа «Елочка». Боксы в коровнике
предназначены для лежания и отдыха животных. Размеры боксов
приведены в табл. 3.
Боксы один от другого отделяют боковыми разделителями
(рис. 16, а). Во избежание попадания экскрементов в бокс последний
оборудуют затылочными ограничителями в виде трубы, прикреплен-
ной хомутами к верхней части боковых разделителей и лрепятствую-
2
Рис. 16. Боксовое оборудование для
беспривязного содержания коров:
а, б — бокс: / — боковой разделитель;
2 — деревянный настил или резиновый
коврик; 3 — устройство для выравнива-
ння электрических потенциалов; 4 — фик-
сирующее устройство; 5 — кормушка; 6 —
дельта-скрепер навозоуборочного транс-
портера УХЗ-15; 7 — разделитель кормово-
го стола; в — комбибокс: / — поилка ПА-Г»
2 — водопровод; 3 — хомутик; 4 — боко-
вой разделитель; 5 — скоба; 6 — капро-
новый каиатнк; 7 — накладка; 8 — огра-
ничитель у кормушки; 9 — труба для
стока воды; 10 — трап
1
щей продвижению животного вперед при дефекации. Спереди бокс. ।
ограничены перегородкой или стеной помещения. Полы боксов насти-
лают на 100—150 мм выше прохода. Бетонный пол покрывают резино-
вым ковриком на длину тела животного.
Ширину кормонавозного прохода принимают равной 2500—3000 мм
с тем, чтобы одни коровы могли стоять у кормушек, а другие свободно
передвигаться вдоль прохода.
При самотечном способе навозоудаления кормонавозные проходы
перекрывают надканальиыми решетками. Наибольшую пропускную
способность имеют сварные металлические решетки из прутков диамет-
ром 14—15 мм, однако коровы неустойчиво на них держатся (скользят
копыта). Более удобными решетками являются решетки из прутков
таврового сечения. Горизонтальная полочка тавра служит удобным
основанием для ног животного, а боковые ребра, обращенные вниз,
не залипают экскрементами. Применяют также железобетонные сек-
ции с планками или бруски трапецеидального сечения. Бруски обра-
зуют ровную поверхность, а расширяющаяся книзу щель способствует
свободному прохождению экскрементов. Для взрослых животных
оптимальной шириной бруска (по верху) считается 150 мм, а для те-
лят— 80—120 мм (табл. 4).
Таблица 4. Конструктивные размеры элементов щелевого
пола, мм
Группа животных Ширина
щели полки бруска
Телята 6—12 мес 30—35 80—100
Молодняк крупного рогатого скота 1—2 года 35—40 100—120
Коровы 40—50 120—150
Наблюдения показывают, что во время раздачи корма животные
двигаются особенно интенсивно и более сильные из них отгоняют
от кормушек слабых, что приводит к нарушению режима кормления
и травмированию животных. Чтобы обеспечить кормление в более
спокойной обстановке, вдоль кормушек оборудуют различного рода
устройства, фиксирующие животных (рис. 16, б).
Для создания животным более комфортных условий, кроме основ-
ных боксов для отдыха, сооружают кормовые боксы (комбибоксы)
перед кормушками (рис. 16, в).
В комбибоксах животных фиксируют на период кормления цепью
или капроновым канатиком, которые преграждают выход из бокса и
вход другой коровы в этот бокс. Впереди у кормушек также устраи-
вают ограничители, не позволяющие при кормлении рядом стоящим
животным мешать друг другу.
1,3.3. Внутренняя планировка в зданиях для молодняка круп-
ного рогатого скота на откорме. На основе опыта работы комплексов
36
Пороново», «Пашский» и других по производству говядины Гипрони-
пьхоз разработал типовой проект № 801-250 комплекса на откорм
W тыс. голов в год. Молодняк размещен в 15 зданиях вместимостью по
-90 животных. Из них 5 зданий предназначено для первого периода
Скорма (продолжительностью 130 дней) и 10 — для второго (260 дней).
Между собой здания соединены наземной галереей.
1 На комплексе принято круглогодовое безвыгульное беспривязное
содержание молодняка в станках на щелевых полах группами по
18 голов в каждом станке. Кормление молодняка дифференцировано
по периодам выращивания. В начале первого периода телята полу-
чают регенерированное молоко (ЗЦМ — заменитель цельного молока)
и комбикорма. Молоко разливают через шланг с наконечником-писто-
летом в ведра, а комбикорм раздают через систему тросово-шайбовых
кормораздатчиков. Во второй фазе первого периода телят постепенно
приучают к сену, которое в виде резки раздают из ручных тележек
УТР-0,3. На время выпойки телят у кормушек автоматически фик-
сируют.
Во второй период откорма молодняку раздают смесь комбикорма
и сенажа с помощью скребковых транспортеров, установленных в кор-
мушках.
На рис. 17 показано размещение станков и оборудования для
раздачи комбикормов в телятниках первого периода откорма в сов-
хозе «Вороново». Содержание телят на решетчатых полах с первого
дня их выращивания освобождает рабочих от ежедневной очистки
станков и внесения подстилки. Под решетчатым полом расположены
12 каналов по всей длине здания первого периода и по 8 каналов в зда-
ниях для второго периода откорма.
1.3.4. Конвейерное обслуживание коров. При сравнении привяз-
ного и беспривязного способов содержания в качестве достоинств пер-
вого обычно отмечают возможность более полного учета требований,
обусловленных физиологическими особенностями животного, и инди-
видуального подхода при организации кормления, доения, ухода и
санитарно-ветеринарного обслуживания животных.
В то же время привязное содержание ограничивает возможность
применения современных средств механизации и тормозит повышение
производительности труда, так как при этом средства производства
и материалы (корм, подстилка, вода) должны транспортироваться
к животным на места их обитания (ското-место), рассредоточенные
на значительной территории. Ученые пришли к заключению, что
привязной способ содержания молочных коров в его современном виде
исчерпал свои возможности и нуждается в замене на более прогрес-
сивный способ. Таким способом является беспривязное содержание
коров в боксах, предусматривающее групповое обслуживание. Про-
изводственное, зоотехническое, санитарно-ветеринарное и другие
виды обслуживаний проводятся только по группам. Животные, осво-
ожденные от привязи, перемещаются к автоматизированным средст-
ам производства, сосредоточенным на стационарных пунктах обслу-
ивания (доильные зоны, кормовые площадки). Однако при групповом
37
1
д-л
а
вертикальные металлические бункера вме-
стимостью по 15 т; 4 — загрузочный шай-
бовый транспортер производительностью 2 т/ч; 5 — накопительные бункера вме-
стимостью 1 т; 6 — распределительные шайбовые транспортеры производитель-
ностью 0,5 т/ч н
Остуживании возможен недоучет индивидуальных особенностей жи-
вотного.
Возможность более полного использования достоинств привязного
одержания и преодоления недостатков беспривязного способа ученые
видят в организации конвейерного обслуживания, при котором ко-
ру постоянно находятся на привязи, но к стационарным пунктам
производственного обслуживания они перемещаются механизирован-
ным путем с помощью специального транспортера. Транспортер в со-
четании с группой ведомых животных образует своеобразный само-
передвижной конвейер.
По свидетельству специалистов [41], конвейерно-поточное содержа-
ние и обслуживание дойных коров с их фиксацией наиболее полно
отвечает индустриальным способам производства молока. Основное
его преимущество состоит в том, что животные в строгом соответст-
вии с распорядком дня и в строго определенной последовательности
принудительно поступают к месту обслуживания, вырабатывая при
этом условный рефлекс и даже стереотип своего поведения как сово-
купность физиологических реакций. При этом сокращаются затраты
труда на подгон и отгон животных, появляется возможность применить
в широком плане средства автоматики для учета продуктивности, про-
граммированного дозирования кормов, взвешивания животных и
управления всеми технологическими процессами. Конвейерное обслу-
живание позволяет значительно сократить затраты труда [4, 38].
К настоящему времени известны три типа конвейеров: кольцевой,
предложенный проф. А. А. Цекулиной (Латвийская сельскохозяйствен-
ная академия); многотележный фирмы «Альфа-Лаваль» (Швеция);
самопередвижной, предложенный учеными Л. П. Кормановским и
И. Ф. Шумиловым (Государственная сельскохозяйственная опытная
станция Коми АССР).
Кольцевой конвейер (рис. 18, а) с двумя рядами стойл
и привязями расположен в коровнике цилиндрической формы, рас-
считанном на 220 голов. Наружный диаметр конвейера 48,7 м, внут-
ренний — 37,2 м. Платформа — кольцо конвейера — опирается на
ролики, которые катятся по рельсам желобчатой формы. Полное про-
изводственное обслуживание 220 коров осуществляется за 2 ч, т. е.
за один оборот платформы. За это время коровы проходят пункты
выдачи концентрированных кормов, доения, выдачи сенажа и сена.
Одновременно неподвижные скребки очищают платформу от навоза,
а подвижные, закрепленные на ней снизу, сгребают навоз по лоткам
в приемник, расположенный под конвейером, откуда его насосом по
тРубам перекачивают в навозохранилище. Линейная скорость дви-
жения конвейера 0,017 м/с. Конвейер обслуживают две доярки и
механик. При двукратном доении и кормлении конвейер работает
около 4 ч в сутки, остальное время он стоит, и тогда содержание ко-
Р°в Не отличается от обычного привязного способа.
Ног°тел ежный конвейер (рис. 18, б), или система
« никар», представляет собой поезд из 60 стойл, смонтированных на
ележках. Тележки сцеплены друг с другом и перемещаются тягачом
39
по рельсам. Каждое стойло-тележка оборудовано кормушкой, бачком
для воды, поилкой и навозоприемником.
Основное помещение коровника — зал для отдыха коров, где
на рельсах вплотную друг к другу стоят тележки-контейнеры с коро-
вами. К этому залу непосредственно примыкает помещение с пунк-
тами обслуживания. За время перемещения тележки по кормодоиль-
ному участку из навозосборников удаляется навоз, бачки на тележ-
ках заправляются питьевой водой, корове выдается в кормушку
Рис. 18. Конвейеры в мо-
лочном животноводстве:
а — кольцевой (Латвийская
сельскохозяйственная ака-
демия): / — кормушка; 2 —
ролики; 3 — навозосборные
лотки; б — мцоготележпыл
(фирма «Альфа-Лаваль»):
/ — доильные аппараты;
2 — бункер концентратов с
дозатором; 3 — кран; 4 —
навозоприемная шахта; 5 —
молочная; 6 — родильное от-
деление с профилакторием;
7 — сенажные башни; 8 —
весы для взвешивания жи-
вотных в потоке; 9 — коро-
ва в передвижном стойле-
контейнере; 10 — коровник
(зона отдыха)
порция комбикорма, затем тележка с коровой поступает на доиль-
ную площадку. По окончании доения корова взвешивается, а кор-
мушка заполняется порцией стебельных кормов. После этого кон-
тейнер возвращается в зал для отдыха животных.
По данным фирмы «Альфа-Лаваль», ферму на 340 голов обслужи-
вают три человека.
Самопередвижной (самоходный) конвейер пре-
дусматривает содержание животных в коровнике па привязи, но при-
вязаны они не к стойлу или его раме, а к цепи транспортера, распо-
ложенного в желобе неподвижной кормушки. При другом варианте
они перемещаются вместе с двигающимися кормушками (своеобраз-
ный поезд). Такой конвейер представляет собой петлевой контур из
40
к соседних рядов животных (рис. 19, а) или кольцевой контур
? нс. 19, б). В период обслуживания транспортер движется с малой
кор'ость’ю (0,017—0,02 м/с). В торце коровника на закруглении обо-
с,,дована доильная площадка со стационарным молокопроводом. Ко-
ковы выдаиваются без остановки конвейера за время перехода их от
одного продольного ряда к другому. Таким образом устроен конвейер
в совхозе «Зеленецкнй» (Коми АССР), где один дояр обслуживает
88 коров. На рис. 19, в показан вариант самопередвижного конвейера
Рис. 19. Схемы само-
передвижных конвейе-
ров:
а — петлевой (тандем,
головами внутрь, голова-
ми наружу); б — коль-
цевой; в — с вращающей-
ся кольцевой доильной
установкой
окружная скорость
скорости движения
с вращающейся кольцевой доильной площадкой,
платформы которой на линии кормушек равна
Цепи конвейера.
Коровники с самопередвижным конвейером работают на многих
фермах. Опыт их применения указывает на то, что оборудование
используется более рационально, фронт обслуживания сокращается
в три раза, что позволяет резко сократить переходы обслуживающего
персонала, снизить затраты живого труда.
Более широкое распространение этого способа па фермах сдержи-
ается тем, что промышленность еще не изготовляет специального
оборудования.
41
1.3.5. Внутренняя планировка в свинарниках. Станочное
содержание. Особенности технологии содержания различных
половозрастных групп вызывают необходимость применения специа-
лизированных средств механизации производственных зданий (см.
рис. 5). Так, в комплексах по выращиванию и откорму 108 и 54 тыс.
свиней в год (типовые проекты № 19-154, 802-143 и 802-142) преду-
смотрено содержание маток в цехе осеменения и первого периода
супоросности в индивидуальных станках. В цехе второго периода су-
поросности принято мелкогрупповое содержание маток в станках
по 10—15 голов.
В цехе опоросов матки с поросятами-сосунами содержатся в инди-
видуальных станках, конструкция которых выбирается с учетом
принятой технологии содержания и сроков отъема поросят от
матки.
В цехе доращивания поросят-отъемышей содержат в групповых
станках по 20—25 голов.
Такое же мелкогрупповое содержание принято и для свиней на
откорме в цехе откорма, где животные размещаются в станках по
25 голов.
В производственном цикле получения свинины наиболее сложным
и ответственным является этап опоросов и выращивания поросят в те-
чение подсосного периода. Для совместного содержания матки с по-
росятами-сосунами на протяжении 60 дней, как принято сейчас в
большинстве свиноводческих хозяйств, площадь станков должна быть
равна 7—7,5 м2 [35, 41, 49). Сокращение подсосного периода до 30—
35 дней дает возможность уменьшить площадь станка до 5—5,5 м2,
а при отъеме поросят в возрасте 4—10 дней площадь станка можно
довести до 3—3,8 м2. Сокращение периода лактации свиноматки и
сроков отъема поросят является прогрессивным направлением, так
как при этом более интенсивно используются животные за счет повы-
шения кратности опоросов с 2 до 2,8 в год, а также и производствен-
ные здания — за счет повышения плотности посадки поросят на 1 м2
полезной площади. Опыт работы специализированных репродуктор-
ных свиноферм в нашей стране и за рубежом показывает, что наиболее
перспективными в технологии содержания свиноматок являются
следующие варианты [35].
Однофазное содержание, при котором маток через
21—35 дней после опороса переводят в цех осеменения, а поросят
оставляют в маточных станках, где их доращивают и откармливают
до сдачи на мясокомбинат.
При такой технологии отсутствуют перегоны и перегруппировки
молодняка и, следовательно, стрессовые явления, что способствует
увеличению прироста живой массы, более эффективному использо-
ванию питательных веществ кормов. Впервые в нашей стране данный
способ содержания свиней был применен в совхозе «Лузинский»
Омской области и получил название семейно-гнездового. При этой
схеме применяют универсальные станки типа «Лузинский». Несмотря
на имеющиеся преимущества, экономисты считают данную систему
42
наиболее дорогой, так как площадь сравнительно больших станков
лля опоросов используется не полностью.
Двухфазное содержание, при котором поросят от
вождения до окончания откорма перемещают один раз. При отъеме
их в возрасте 26—35 дней маток переводят в цех осеменения, а поро-
сят оставляют в станках для опоросов до трехмесячного возраста,
затем их переводят в цех откорма и содержат в станках типа ОСМ-120
конструкции ВНИИЖивмаша. Такая схема предусмотрена типовыми
проектами (№ 802-147 и 802-148) Росгипросельхозстроя в свиноком-
плексах на 12 и 24 тыс. свиней в год. Она представляет собой биологи-
ческий и экономический компромисс, так как влияние стресса от
перемещений здесь ощущается, но оно сведено к минимуму.
Трехфазное содержание, при котором поросят пере-
мещают два раза. Сначала при отъеме, в возрасте 26—45 или 60 дней,
их переводят в цех доращивания (цех поросят-отъемышей), а затем
в возрасте 90—120 дней — в цех откорма.
Такая технология в настоящее время признается самой экономич-
ной (по капитальным затратам) и является наиболее распространен-
ной на комплексах в нашей стране (типовые проекты № 802-143,
802-142) и за рубежом (фирма «Джи-э-Джи», Италия).
Для трехфазной технологии содержания подсосных свиноматок
с поросятами применяют станки типа ССИ-2, ОСМ-60 (ранее СОИЛ-1),
СОИЛ-2, СОИЛ-3 («Ленинградский»), конструкции НИПТИМЭСХа
Нечерноземной зоны РСФСР.
Станки ССИ-2 и СОИЛ-3 используют при содержании маток с по-
росятами до 26-дневного возраста; СОИЛ-2 — до 45-дневного,
ОСМ-60 — до 60-дневного возраста. Станки серии СОИЛ унифициро-
ваны со станками ОСМ-120.
Для содержания подсосных маток применяют индивидуальные станки трех
типов. Первый тип станка — в котором маток на протяжении всего периода лакта-
ции содержат в свободном состоянии, без фиксации, а для поросят в станке выделено
особое отделение, предохраняющее их от задавливания маткой в первые дни после
рождения.
Второй тип станка предусматривает фиксацию матки в опоросной клетке на
весь подсосный период, что способствует увеличению выхода поросят на один опо-
рос (или тур опоросов). В промышленном свиноводстве этот тип станка получил наи-
большее распространение.
Третий тип станка сочетает в себе особенности обоих первых. Матку содержат
сначала фиксированно (10—15 дней после опороса), затем предоставляют ей свободу
Движения путем изменения положения ограничительных стенок опоросной клетки.
Такой тип станков получил распространение в племенном свиноводстве и приме-
няется на комплексах по производству свинины.
Станок ССИ-2 (рис. 20, а) имеет опоросную клетку для фиксиро-
ванного содержания матки, два отделения для отдыха и подкормки
поросят и кермо-выгульную площадку, на которую матку выгоняют
из бокса два-три раза в день для кормления, поения и выгула. Станок
оборудован кормушкой для матки, автокормушкой для поросят,
сосковыми бесчашечными поилками ПБС-1 для матки и ПБП-1 для
поросят, лампами инфракрасного излучения ИКУФ-1 или
43
ИКЗК-220-250 для обогрева поросят. Станок имеет один фронт об-
служивания — навозно-кормовой. Навоз сбрасывается через решет-
чатый люк в канал с транспортером под кормо-выгульной площадкой.
Испытания станков разных конструкций показали, что содержа-
ние свиноматок в станках ССИ-2 сопряжено с повышенной трудоем-
костью в раздаче кормов и удалении навоза.
Отличительной особенностью станка СОИЛ-2 «Ленинградский»
(рис. 20, б) является то, что зона отдыха поросят отделена от зоны
их кормления трансформируемой зоной, предназначенной для свино-
матки.
При наличии таких станков матку за несколько дней до опороса
помещают и фиксируют в боксе. Через 10—12 дней после опороса
размеры бокса для матки увеличивают, чтобы она могла свободно дви-
гаться. Для этого подвижную пе-
регородку бокса поворачивают до
упора ее в поперечную сплошную
стенку станка и закрепляют в по-
ложении, отмеченном на рисунке
пунктиром.
Станок оборудован чашечными
поилками ПАС-2А или ПСС-1 для
поросят и сосковой поилкой ПБС-1
для матки, лампами ИКУФ-1 и
кормушками.
Станки типа СОИЛ-2 имеют два
фронта обслуживания: по одному
доставляют корма, а на другом за-
кольцован скребковый навозоубо-
рочный транспортер.
Батарейно-клеточ-
ное содержание. Техноло-
свинины все время совершенствуется
по мере развития науки, технического прогресса, повышения требо-
ваний производства, необходимости более тщательного учета зональ-
ных особенностей хозяйств.
В этой связи заслуживает внимания новая технология доращива-
ния поросят-отъемышей в клеточных батареях, аналогичная содержа-
нию птицы или кроликов. При этом площадь помещений используется
в 2—3 раза эффективнее, сокращается до минимума отход поросят
[41].
Метод батарейно-клеточного содержания поросят-отъемышей ха-
рактеризуется большим разнообразием технологических схем. Общей
особенностью их является трехфазное содержание при сверхраннем
отъеме поросят в возрасте 4—10 дней и двукратной пересадке с пере-
группировкой в дальнейшем [49].
Конструкции клеток бывают самые различные. Для первого пе-
риода выращивания поросят (от 4—10 до 30—35 дней) используются
преимущественно трехъярусные батареи с индивидуальными клетками.
Рис. 20. Схемы станков ССИ-2 (а) и
СОИЛ-2 (б) для опороса свиней и со-
держания поросят с матками:
1 — опоросная клетка; 2 — обогреваемое
логово для поросят; 3 — необогреваемое
логово: 4 — инфракрасная лампа; 5 —
кормушка для поросят; 6 — кормушка для
матки; 7 — прогулочно-кормовая площад-
ка для матки; 8 — ограничительная дуга;
9 — переносная стенка опоросной клетки
гия промышленного производства
Кормление птицы производят сухими кормами. Комбикорм авто-
мобилем-загрузчиком сухих кормов ЗСК-Ю загружается в бункер-
хранилище БСК-Ю или Б-6, откуда во время кормления разгрузоч-
ным шнеком подается в бункер-дозатор цепочно-шайбового кормо-
раздатчика КЦБ, которым и распределяется по самокормушкам бун-
керного типа. Кроме этих кормушек, вдоль здания в 4 ряда подвешены
28 автокормушек для минеральных кормов.
Поение птицы производится из подвесных желобковых поилок,
регулируемых по высоте подвеса.
Система сбора яиц состоит из механизированных гнезд, яйцесбор-
ного транспортера, накопительного стола и механизма подъема пола
гнезд. Кладка яиц осуществляется в одноярусных двусторонних за-
темненных гнездах. Вход в гнезда закрыт резиновыми фартуками.
Рис. Размещение технологического оборудования в птичнике с напольным со-
держанием 6 тыс. кур-несушек:
1 — подвесные кормушки для минеральных кормов; 2 — автопоилки желобковые; 3 — яй-
цесборочный транспортер; 4 — гнезда для яйцекладки; 5 — кормораздатчик КЦБ; 6 — ,
бункер Б-6
Пол покрыт резиной и имеет уклон в сторону транспортера. Ленточ-
ный яйцесборный транспортер расположен под гнездами в лотке.
Накопительный стол покрыт губчатой резиной. Механизм подъема
пола предназначен для закрывания гнезд на ночь.
Помет из-под насестов (настила) убирается скребковыми тележ-
ками до поперечного транспортера, расположенного в траншее в торце
здания. Поперечный транспортер выносит помет в расположенный
сбоку птичника пометосборник и далее — в транспортное средство.
Управление всеми электродвигателями производится автоматиче-
ски по программе с помощью реле времени.
Для напольного содержания цыплят мясных пород— бройлеров —
используют комплекты оборудования «Бройлер-10», «Бройлер-20» и
с 1971 г. — ЦБ К-Ю и ЦБК-20, соответственно для птичников на 10
и 20 тыс. голов.
Перед размещением очередной партии цыплят пол птичника по-
сыпают сухой гашеной известью (0,5—1 кг/м2), а затем расстилают
подстилку (торф, стружку, измельченные стержни кукурузы, солому)
слоем 100—150 мм. Расход подстилки составляет около 2 кг на цып-
ленка за весь период откорма. Развешивают брудеры и обогревают
46
.ещение, устанавливая температуру под зонтом на высоте 200 мм
П°\ола 305—308 К для цыплят от 1- до 10-дневного возраста. При
оТ,Пасте цыплят 21—30 дней брудер поднимают, снижая температуру
Б°д ним до 295—297 К. Под брудером КП-1 /пиг 92 п\ помешается
по 500—550 цыплят. Вокруг брудеров
БП-1 (рис. 22, а) помещается
на расстоянии 0,6—0,7 м от
Рис. 22. Оборудование птичника для напольного
выращивания бройлеров:
а — брудер БП-1 (пожаробезопасный с трубчатыми
электронагревательными элементами): / — обогреватель;
2 —- шлаковата; 3 — лампа; 4 — штепсельная вилка;
5 — термореле; 6 — термометр; 7 — крышка; 8 — сек-
ция; б — инвентарь: / — ограждение; 2 — желобковая
кормушка: 3 — вакуумная понлка; 4 — лотковая кор-
мушка; в — общий вид автопоилки
края зонта устанавливают ограждение вы-
сотой 0,4 м, а также инвентарь для цып-
лят первого периода выращивания: лотко-
вые и желобковые кормушки, вакуумные
поилки. Ограждения (ширмы) убирают че-
рез 5—9 дней после посадки суточных цып-
лят, но все работы, связанные с их выра-
щиванием до 20 дней, выполняют вручную
с использованием лотковых кормушек. Ме-
ханизм раздачи кормов с бункерными кор-
мушками начинают применять при достижении цыплятами 20-днев-
ного возраста.
Комплект оборудования ЦБК-10 и ЦБК-20 (рис. 23) состоит из
наружного бункера-хранилища БСК-10, цепочно-шайбового кормо-
раздатчика с бункерными кормушками, системы поения с чашечными
поилками и системы электрооборудования. Подвесная система по-
зволяет регулировать положение технологического оборудования по
высоте по мере роста цыплят, быстро и без больших затрат труда про-
изводить подготовку птичника при смене партии цыплят.
47
Клеточное содержание. Переход от напольного к ме-
ханизированному клеточному содержанию основных видов и всех
возрастов птицы — наиболее характерная черта развития промышлен-
ного птицеводства в нашей стране и за рубежом. Преимущества кле-
точного способа состоят в том, что он позволяет увеличить вмести-
мость птицеводческих помещений при использовании одноярусных
клеточных батарей — в 2 раза, а при многоярусных батареях —
в 3—4 раза [66].
Рис. 23. Комплект оборудования ЦБК-20 для птичника на 20 тыс. бройлеров:
1 — кормушка бункерная; 2 — брудер БПН-/ с низкотемпературными нагревателями;
3 — приемный бункер цепочно-шайбового кормораздатчика; 4 — загрузочный шнек; 5 —
автопоилка; 6 — бункер-хранилище БСК-Ю; 7 -- цепочно-шайбовый кормораздатчик
При клеточном содержании увеличивается плотность посадки
птицы в расчете на единицу площади пола птичника, а это значит,
что сокращаются капитальные затраты, инженерные коммуникации,
меньше земельной площади приходится изымать из общего фонда
землепользования. Особенно сильно преимущества клеточного со-
держания проявляются на птицефабриках и крупных специализиро-
ванных хозяйствах — в условиях концентрации и специализации
промышленного производства яиц и мяса птицы.
В птицеводстве применяют, как правило, групповые клетки, сое-
диненные в клеточные батареи, в зависимости от конкретного назна-
чения они имеют разные размеры и устройство.
48
Клеточные батареи применяются для: выращивания ремонтного
плодника кур от 1 до 140 дней без пересадки (батереи типа КБУ-3,
КБА). содержания кур-несушек (КБН, ОБН и др.), откорма петуш-
ов на мясо (КБМ-2), выращивания бройлеров (КБО-1, КБУ-3).
Клеточные батареи бывают (рис. 24): 1) в зависимости от количе-
ства клеток по вертикали — одно-, двух-, трех-, четырех- и пятиярус-
ные, 2) в зависимости от количества клеток по горизонтали — одно-,
двух- и четырехрядные; 3) в зависимости от расположения клеток отно-
сительно друг друга — каскадные или ступенчатые.
а — вертикальная однорядная четырехъярусная; б — вертикальная двухрядная четырехъ-
ярусная; в — каскадная трехрядная; г — каскадная четырехрядная; д — горизонтальная
четырехрядная
Для содержания промышленного стада кур-иесушек применяют
Двухрядные четырехъярусные клеточные батареи КБН (рис. 25).
Каждая клетка площадью 0,318 м2 рассчитана на шесть кур яйценос-
ной породы.
Механизированная клеточная батарея КБН представляет собой
обособленный агрегат, состоящий из кормораздатчика, сблокирован-
ного с яйцесборником, и тросово-скреперного навозоуборочного транс-
портера.
Рама батареи — четырехъярусный каркас. Между ярусами сде-
ланы пометные настилы из армированного стекла, по которым движутся
°жи скрепера. Над настилом расположена подножная решетка (по-
лик), установленная с наклоном 6° в сторону яйцесборника. В сере-
дине батареи по ее продольной оси в каждом ярусе установлены желоб-
овые поилки, питаемые от водопроводной сети.
49
Кормораздатчик — навесной бункерного типа на тросовой тяге,
двусторонний. Бункеры соединены между собой пересыпными пат-
рубками. Выдача корма в желобковые кормушки происходит самоте-
Рис. 25. Клетка (а) и передняя стенка (6) батареи
КБЫ:
1 _ каркас; 2 — боковое ограждение; 3 — дверца;
4 __ кормушка; 5 — подножная решетка (поляк); 6 —
пометный настил; 7 — скребок; 8 — место для поилки;
9 _ кормораздатчик навесной; 10 — поилка; 11 — элек-
тродвигатель; 12 — редуктор
ком и регулируется открытием через общую
тягу заслонок, имеющихся в каждом бунке-
ре. Корм выдается при прямом и обратном
ходе кормораздатчика, который одновре-
менно служит и яйцесборником. При дви-
жении вперед он открывает ограничиваю-
щие рамки-козырьки, и яйца из клеток
свободно скатываются в яйцесборные лот-
ки, выстланные резиной. Заполненные яйцами лотки 4 раза в день
вынимают и укладывают на специальную тележку для отправки па
яйцесклад.
Раздача корма, очистка клеток от помета и сбор яиц осуществ-
ляется за один цикл движения кормораздатчика, так как все меха-
низмы приводятся в движение от одного тягового каната. Цикл дви-
жения механизмов осуществляется вперед — к задней стойке рамы
50
батареи и назад—к стойке, на которой расположен привод. После
ыполнения цикла механизм отключается автоматически.
Сброс помета с ярусов производится в конце батареи на попереч-
ный транспортер, расположенный в торце птичника.
Дальнейшим шагом в совершенствовании технологии промышлен-
ного птицеводства является переход от вертикальной планировки
клеточных батарей к горизонтальной с применением широкогабарит-
ных батарей. Вертикальные батареи требуют наличия кормовых про-
ходов большей ширины, так как все виды обслуживания птицы (корм-
ление, сбор яиц, посадка птицы, часто и поение) производят из этих
проходов. Применение широкогабаритных горизонтальных батарей
Рис. 26. Механизированный птичник на 14 тыс. кур-иесушек с горизонтальными
одноярусными батареями ОБН-1:
/ — бункер-хранилище БСК-Ю; 2 — загрузочный шиек; 3 — бункер-дозатор и цепочио-
шайбовый кормораздатчик; 4 — клетка; 5 — подножная решетка; 6 — яйцесборочный тка-
невый транспортер; 7 — канатно-скребковый пометоуборочный транспортер; 8 — попереч-
ный скребковый пометоуборочный транспортер; 9 — контейнер для помета; 10 — подъем-
ник для перегрузки помета в транспортные средства
позволяет перенести все обслуживающие механизмы из проходов
внутрь батарей и за счет этого более полно использовать площадь
пола птичника. Поилки, цепочно-шайбовые кормораздатчики и лен-
точные яйцесборочные транспортеры размещают между смежными
рядами клеток. Посадка птиц в клетки в одноярусных и каскадных
батареях производится сверху через специальные дверцы.
На птицефабриках для содержания промышленного стада кур-
несушек широкое распространение получила одноярусная батарея
ОБН-1 конструкции ГСКБ по машинам для птицеводства (г. Пяти-
горск). В птичнике на 14 тыс. голов (рис. 26) батареи устанавливают
в четыре линии с проходами шириной 600 мм.
Сухие корма из бункера-хранилища БСК-Ю через наклонный и
горизонтальный транспортеры поступают в бункеры-дозаторы, из
которых четыре цепочно-шайбовые транспортера разносят их по кор-
Сбор яиц производят с помощью ленточных тканевых транспорте-
ров, с которых яйца последовательно поступают на поперечные транс-
ортеры, элеватор и общий приемный стол.
51
Помет из-под каждого ряда клеток выносится в торцовую часть
здания двумя спаренными канатно-скреперными установками, а оттуда
поперечным транспортером — в контейнеры, установленные в наво-
зосборниках. Для погрузки контейнеров с пометом в транспортные
средства используют специальный подъемник.
Дальнейшее совершенствование технологии клеточного содержа-
ния птиц находит выражение в разработке новых конструкций кле-
точных батарей, которые в настоящее время изготовляют узкоспе-
циализированными для птиц разных видов (индеек, гусей, цесарок),
а также молодняка (утят, индюшат и др.).
Для того чтобы исключить отрицательное влияние стрессов, воз-
никающих при неоднократных пересадках и перегруппировках птицы,
ГСКБ по машинам для птицеводства разработало трехъярусную уни-
версальную клеточную батарею КБУ-3, рассчитанную на беспереса-
дочное содержание цыплят в возрасте от 1 до 140 дней, т. е. до перевода
молодок в промышленное стадо кур-несушек.
Ранее при трехфазной технологии выращивания ремонтного мо-
лодняка цыплят от 1 до 30 дней содержали в клетках КБЭ-1, на второй
период — от 30 до 60 дней — их пересаживали в клетки КБМ-2,
на период выращивания от 60 до 140—150 дней — в клетки КБА.
При такой технологии затрачивается много ручного труда, и птица
заметно задерживается в своем развитии из-за стрессовых явлений.
Механизированная клеточная батарея КБУ-3 предусматривает
возможность однофазного выращивания ремонтного молодняка путем
внутренней переналадки конструктивных элементов клеток и имею-
щегося в них оборудования.
Технологический процесс выращивания ремонтного молодняка
в клетках КБУ-3 осуществляется следующим образом. Посадка одно-
дневных цыплят производится в клетки среднего яруса по 30—36 го-
лов в каждую при длине клетки 900 мм или по 24—27 голов при длине
700 мм. Раздача корма производится навесным кормораздатчиком
в кормушки-вкладыши (малые), поение — из ниппельных поилок,
установленных в крайнее нижнее положение, уборка помета — с по-
мощью скребков.
По достижении 15-дневного возраста цыплят рассаживают во все
три яруса по 10—12 или 8—9 голов, а кормушки-вкладыши устанав-
ливают в наклонное положение, увеличивая высоту расположения
их передней кромки.
По достижении 35—45-дневного возраста вкладыши из кормушек
удаляют, а после 60—65 дней подножные решетки (поляки) в клет-
ках опускают в нижнее положение путем выдвижения «на себя» до
упоров на козырьках. Наряду с этими операциями переставляют по
высоте ниппельные поилки и изменяют расстояние между прут-
ками дверок клетки, ограничивающими выход цыплят к кормуш-
кам.
Аналогичное назначение имеет горизонтальная одноярусная кле-
точная батарея БГО-140, оборудованная цепочно-шайбовым кормо-
раздатчиком с бункерными кормушками, ниппельными поилками,
52
скрепеРным механизмом и поперечным транспортером для уборки
помета.
1.3.7. Оборудование для создания микроклимата в животновод-
ческих и птицеводческих помещениях. М икр окли мат. Микро-
климатом животноводческих помещений называется совокупность
физических и химических факторов воздушной среды, сформировав-
шаяся внутри этих помещений. К важнейшим факторам микроклимата
относятся: температура и относительная влажность воздуха, скорость
его движения, химический состав, а также наличие взвешенных частиц
пыли и микроорганизмов. При оценке химического состава воздуха
определяют прежде всего содержание вредных газов: углекислого,
аммиака, сероводорода, окиси углерода, присутствие которых снижает
сопротивляемость организма заболеваниям.
Факторами, влияющими на формирование микроклимата, являются
также: освещенность, температура внутренних поверхностей огра-
ждающих конструкций, определяющая точку росы, величина лучи-
стого теплообмена между этими конструкциями и животными, иони-
зация воздуха и др.
Зоотехнические и санитарно-гигиенические требования по содер-
жанию животных и птицы сводятся к тому, чтобы все показатели
микроклимата в помещениях строго поддерживались в пределах уста-
новленных норм.
Оптимальные параметры (нормативы) микроклимата для различ-
ных видов животных приводятся в «Нормах технологического проек-
тирования ферм»: для крупного рогатого скота — НТП-СХ 1—72,
свиноводческих — НТП-СХ 2—68, овцеводческих — НТП-СХ 5—68
и птицеводческих — НТП-СХ 4—70. Для целей учебного проектиро-
вания необходимые данные приведены в табл. 5 и соответствующей
литературе [8, 181.
Таблица 5. Зоотехнические и зоогигиеиические нормативы микроклимата
животноводческих помещений (зимний период)
Помещения Опти- мальная темпера- тура воздуха, Относи- тельная влажность воздуха, % Оптималь- ная ско- рость движения воздуха, м/с Предельно допустимое содержание углекисло- го газа (по объему), % Осве- щенность, лк
Коровники и здания для молод- 3 85 0,5 0,25 10—20
няка
Телятники 5 75 0,5 0,25 10—20
Родильное отделение 10 70 0,3 0,25 25—30
Доильные залы Свинарники: 15 70 0,3 0,25 15—25
для холостых маток 16 70 0,3 0,25 5-7
откормочники Овчарни для взрослых овец Птичники для кур-несушек: 14 75 0,3 0,3 2-3
4 80 0,5 0,3 5
напольного содержания 12 65 0,3 0,2 15
клеточного содержания 16 70 0,3 0,2 20-25
53
Эти нормы назначают с учетом технологических условий и Опре,
деляют допустимые колебания температуры, относительной влаж-
ности воздуха, скорости движения воздушных потоков, а также ука-
зывают предельно допустимое содержание в воздухе вредных газов.
В общем случае обработка приточного воздуха включает: очистку
от пыли, уничтожение запахов (дезодорация), обезвреживание (дезин-
фекция), нагревание, увлажнение, осушение, охлаждение. При раз-
работке технологической схемы обработки приточного воздуха стре-
мятся сделать этот процесс наиболее экономичным, а автоматическое
регулирование наиболее простым.
Кроме того, помещения должны быть сухими, теплыми, хорошо
освещенными и изолированными от внешнего шума [18].
Несоблюдение требований микроклимата в помещениях приводит
к снижению удоев на 10—20%, уменьшению приростов массы 20—
30%, увеличению отхода молодняка до 5—40%, снижению яйценоско-
сти кур на 30—35% [41], к расходу дополнительного количества
кормов, сокращению срока службы оборудования, машин и самих
зданий, снижению устойчивости животных к разным заболеваниям.
В поддержании параметров микроклимата на ур'овне зоотехниче-
ских и санитарно-гигиенических требований большую роль играют
конструкция дверей, ворот, наличие тамбуров, которые в зимнее
время открываются при раздаче кормов мобильными раздатчиками
и при уборке навоза бульдозерами. Помещения часто переохлажда-
ются, и животные страдают от простудных заболеваний.
Воздухообмен. Из всех факторов микроклимата наиболее
важную роль играет температура воздуха в помещении, а также тем-
пература полов и других поверхностей, так как она непосредственно
влияет на терморегуляцию, теплообмен, на обмен веществ в организме
и другие процессы жизнедеятельности.
Практически под микроклиматом помещений понимают регули-
руемый воздухообмен, т. е. организованное удаление из помещений
загрязненного и подачу в них чистого воздуха через систему вен-
тиляции. С помощью системы вентиляции поддерживают в помещениях
оптимальный температурно-влажностный режим и химический состав
воздуха; создают в различные периоды года необходимый воздухо-
обмен; обеспечивают равномерное распределение и циркуляцию воз-
духа внутри помещений для предотвращения образования «застойных
зон»; предупреждают конденсацию паров на внутренних поверхно-
стях ограждений (стены, потолки и др.); создают в животноводчес-
ких и птицеводческих помещениях нормальные условия для работы
обслуживающего персонала.
Воздухообмен животноводческих помещений как расчетная харак-
теристика представляет собой удельный часовой расход, т. е. подачу
приточного воздуха, выраженную в кубических метрах в час и отне-
сенную к 100 кг живой массы животных. Практикой установлены
минимально допустимые нормы воздухообмена для коровников —
17 м3/ч, телятников — 20 м3/ч, свинарников — 15—20 м3/ч на 100 кг
живой массы животного, находящегося в рассматриваемом помещении.
54
С учетом этих зоотехнических требований минимально допустимый
объем Amin (м3/ч) вентиляции определится по формуле
Lmin = 0,001 Im G, (2)
е i — норма воздухообмена на 100 кг живой массы, м3/ч;
т — количество животных в помещении, голов;
q — средняя живая масса одного животного, кг.
Отношение объема вентиляции к объему помещения называется
кратностью воздухообмена. Оно показывает, сколько раз в течение
одного часа полностью сменится воздух в рассматриваемом помеще-
нии.
Минимальная допустимая кратность воздухообмена К3 равна
tfB = Lmin/Vno.„ (3)
где Упол — полезный объем помещения, м3.
Для животноводческих помещений принимают = 3—4 раза
в 1 ч, но не более 5—6 раз в 1 ч, так как с повышением интенсив-
ности воздухообмена растет скорость движения воздушных потоков
и могут образоваться зоны сквозняков.
Системы вентиляции. По принципу действия системы
вентиляции делят на естественную (гравитационную), принудительную
с механическим побудителем потока и комбинированную.
При естественной вентиляции воздухообмен происходит вслед-
ствие разности плотностей воздуха внутри и вне помещений и под
влиянием ветра. Такая система может обеспечить не более чем трех-
кратный воздухообмен.
Принудительная вентиляция с механическим побудителем в свою
очередь делится на нагнетательную, вытяжную и нагнетательно-
вытяжную. Кроме того, нагнетательная вентиляция может быть без
подогрева подаваемого в помещения воздуха н с подогревом. При
кратности воздухообмена от 3 до 5 применяют нагнетательную си-
стему без подогрева воздуха в зимний период.
На рис. 27 показана механическая нагнетательная система вен-
тиляции для коровника на 200 голов привязного содержания (типо-
вой проект № 801-70). Источником теплоснабжения служит котель-
ная, расположенная в молочном блоке и оборудованная паровым
котлом КВ-300М или Д-721А.
Приточный воздух нагнетается вентилятором Ц4-70 № 8 с подогре-
вом в калорифере КФБ-7 и распределяется через перфорированные
воздуховоды в верхней части стойлового помещения.
Вытяжная часть вентиляции естественная, с удалением загряз-
ненного воздуха через щель, устроенную между плитами по коньку
крыши вдоль всего помещения.
В качестве самостоятельной вытяжная система применяется редко.
ина принудительно с помощью осевых вентиляторов удаляет загряз-
ненный воздух из помещений, выбрасывая его в атмосферу. При этом
Давление воздуха в помещении снижается и наружный воздух устрем-
ляется внутрь через вентиляционные отверстия и щели. Такая си-
55
стема обслуживается комплектом оборудования «Климат-4» без при.
менения теплогенератора.
Обычно потребный для животноводческих помещений воздухооб-
мен значительно превышает возможности естественной вентиляции,
и требуется устройство нагнетательно-вытяжных систем с искусствен-
ным подогревом приточного воздуха в зимнее время (особенно в сви-
нарниках-маточниках и птичниках клеточного содержания с высокой
концентрацией поголовья).
Нагнетательно-вытяжная механическая система нагнетает и вы-
брасывает одинаковое количество воздуха и способна подавать све-
жий воздух в потребных количествах в любое место помещения.
Для этих целей промышленность производит специальные комплекты
ZZZZZZZZZ ZZZZZZZZZ
Рис. 27. Нагнетательная вентиляционная система в четырехрядном коровнике:
/ — молочный блок; 2 — венткамера; 3 — дроссель-клапаны; 4 — воздуховоды; 5 — кало-
рифер КФБ-7; 6 — центробежный вентилятор
оборудования под общим названием «Климат», а также вентиляционно-
отопительные агрегаты серии КПС и калориферные установки раз-
ной мощности для обслуживания специализированных ферм и ком-
плексов промышленного типа.
В зависимости от направления основного потока воздуха в поме-
щении вертикальные системы вентиляции бывают с подачей воздуха
сверху вниз или снизу вверх. Более рациональной считается подача
по схеме сверху вниз. Так, на рис. 28 показана схема нагнетательно-
вытяжной системы вентиляции (сверху вниз) птичника для содержа-
ния 30 тыс. кур-несушек в механизированных клеточных батареях
КБН. Приток воздуха создается центробежным вентилятором Ц4-70
через воздуховод 1, а вытяжка — осевыми вентиляторами 2 серии ВО,
установленными в продольных стенах здания в шахматном порядке
на расстоянии 6 м один от другого.
Основные требования к работе систем вентиляции для животно-
водческих и птицеводческих помещений сводятся к следующему.
1. Приточные каналы (шахты) следует располагать вверху или
в средней части помещения (по высоте), так как скорости движения
воздуха значительные и более близкое расположение к животным
56
приточных каналов может стать причиной простудных заболеваний.
Каналы оборудуют дефлекторами или насадками, отклоняющими
поток наружного воздуха от животных.
2. Вытяжные каналы следует выполнять в нижней части помеще-
ния, в зоне расположения животных или птицы, и дополнительно
под полом — для вытяжки загрязненного воздуха из каналов навозо-
удаления.
Воздухозаборные тумбы вытяжных каналов или отверстия в сте-
нах нельзя располагать против приточных каналов и на малом рас-
стоянии от них (менее 2,5 м), иначе в помещении могут образоваться
застойные зоны («воздушные мешки»).
3. Распределительные приточные воздуховоды рекомендуется де-
лать из синтетических материалов (пленки), как более экономичные.
Рис. 28. Схема нагнетательно-вытяжной системы вентиляции птичника на 30 тыс.
кур-несушек:
/ — приточный воздуховод переменного сечения с шиберами; 2 — осевой вентилятор серии
ВО; 3 — клеточные батареи КВН
4. Для обогрева приточного воздуха в зимнее время рекоменду-
ется применять средства локального обогрева, как менее металло-
емкие и позволяющие автоматизировать систему. К таким средствам
относятся электрокалориферы серий СФО или ОКБ, водяные кало-
риферы серии КФС или КФБ, а также теплогенераторы типа ТГ-2,5,
ТГ-1,0 и др. Особый интерес представляют новые конструкции авто-
матизированных приточно-вентиляционных установок серии ПВУ,
которые работают в сочетании с электронагревательными элементами
(ТЭН) и не требуют распределительных воздуховодов.
5. В отдельные периоды года — холодный, переходный (при
температуре наружного воздуха до 283К) и теплый — система вен-
тиляции должна работать по различным схемам и на разных режимах,
так как потребность в воздухообмене изменяется в широких пределах.
Гак, в птичниках потребность в воздухообмене может варьировать
в 5 Ю раз. Это значит, что такие пределы настройки системы на ра-
боту по сезонам должны быть предусмотрены в конструктивном
57
Рассмотренная выше система вентиляции птичника (рис. 28) рабо-
тает следующим образом. Зимой предварительно подогретый воздух
(в калориферах или теплогенераторах) нагнетается через воздухо-
воды. Воздухообмен при этом минимальный, так как при низкой
температуре наружного воздуха влагосодержание его мало. На вы-
тяжку работают не все, а только часть осевых вентиляторов, или они
работают с минимальной частотой вращения.
В переходный период подачу воздуха увеличивают для удаления
избытка влаги, выделяемой птицей, путем открытия дополнительных
отверстий в крыше птичника.
Летом, в теплый период, открывают все приточные отверстия,
отключают отопительные приборы и нагнетательный воздуховод
(подачу наружного теплового воздуха сокращают до минимума), а все
вытяжные вентиляторы настраивают на максимальную производитель-
ность форсированием частоты вращения за счет увеличения напряже-
ния, подаваемого на электродвигатели осевых вентиляторов се-
рии ВО.
Комплекты оборудования «Клима т». Автома-
тизированная система «Климат», разработанная ВНИИЭлектропри-
водом, предназначена для поддержания в животноводческих помеще-
ниях оптимального температурно-влажностного режима и выпуска-
ется промышленностью в трех модификациях: «Климат-2», «Кли-
мат-3» и «Климат-4». Комплекты «Климат-2» и «Климат-3» имеют ото-
пительную, вентиляционную и увлажнительную установки. Их вен-
тиляционно-отопительный агрегат состоит из нагнетательного цен-
тробежного вентилятора типа Ц4-70 с трехскоростным электродвига-
телем и пластинчатого водяного калорифера типа КФС или КФБ.
В совмещенной вентиляционно-отопительной системе теплоносите-
лем служит свежий подогретый воздух, подаваемый в помещение нагне-
тательным вентилятором.
В зависимости от заданного объема вентиляции помещения уста-
навливают центробежные вентиляторы разных номеров: 6,3; 8; 10;
12 и 16 (номер обозначает диаметр рабочего колеса в дециметрах).
Максимальный расход по воздуху 27,7 м3/с, по теплоте — от 50 до
500 кВт.
Для нагрева воздуха в животноводческих помещениях используют
горячую воду или пар и для этой цели применяют теплоообменные
аппараты — калориферы.
Калорифер (рис. 29, а) состоит из нескольких рядов стальных
труб, входного и выходного коллекторов и патрубков, через которые
подводится горячая вода (или пар) и отводится отработавший тепло-
носитель (вода, конденсат). Через зазоры между трубами продувается
воздух. Омывая трубы, он нагревается и поступает в помещения.
Для увеличения поверхности нагрева на трубах делают ребра тол-
щиной 0,5 мм (пластинчатые калориферы КФС, КФБ) или навивку
стальной лентой (оребренные калориферы К ФСО или КФБО). Аппа-
раты средней серии (КФС) имеют три ряда труб, а большой (КФБ) —
четыре.
58
Наряду с водяными в хозяйствах Нечерноземной зоны РСФСР
р'именяют электрические калориферы серии СФОА, которые для воз-
ушното отопления не требуют котельных. Серия состоит из 6 типо-
Рис. 29. Элементы вентиляционно-отопительной системы:
а — калорифер водяной К ФСО-8: 1 — вентиль сливной: 2 — трубы; 3 — жалюзи; 4 — воз-
духовод; 5 — трубопровод питательный; 6 — трубопровод обратный; 7 — калориферы;
о — швеллер; 9 — кронштейн; 10 — механизм управления жалюзи; б — осевой вентилятор
для системы <Клнмат»: 1 — жалюзи; 2 — корпус; 3 — лопатки; 4 — кронштейн; 5 — элек-
тродвигатель
размеров калориферов мощностью от 25 до 250 кВт и подачей воздуха
от 2125 до 18 710 кг/ч. Все они работают от сети напряжением 380 В
при соединении нагревателей каждой секции в звезду или от сети на-
пряжением 220 В — при соединении в треугольник. При установке
кожух электрокалорифера заземляют,
Б9
Комплекты «Климат-2» и «Климат-3» различаются между собой
отдельными элементами схемы автоматизации системы отопления
вентиляции и увлажнения воздуха (рис. 30, о). ’
В комплекте «Климат-2» зимой необходимая температура в поме-
щении поддерживается за счет автоматического одновременного измене-
ния частоты вращения вытяжных и нагнетательного вентиляторов.
Кроме того, имеющийся турбоувлажнитель (рис. 30, б) в сочетании
с электромагнитам клапаном СВМ-25 позволяет регулировать отно-
сительную влажность воздуха в помещении. В силу этих особенно-
стей систему «Климат-2» целесообразно устраивать в помещениях,
где требуется более строгое поддержание основных параметров микро-
климата (телятники, свинарники для опоросов и др.).
Комплект «Климат-3» позволяет регулировать температуру воз-
духа путем изменения теплопронзводителыюсти калориферов с по-
мощью регулирующего клапана ПР-1М с моторным исполнительным
механизмом.
Комплект «Климат-4» представляет собой вытяжную систему
вентиляции и не рассчитан на обогрев приточного воздуха.
Вытяжная часть всех комплектов серии «Климат» оборудована
специальными низконапорными осевыми электровентиляторами серии
ВО, подача которых регулируется в широких пределах путем изме-
нения напряжения, подводимого к их электродвигателям. Рабочее
колесо электровентилятора насажено на вал двигателя и находится
по потоку воздуха впереди него. Вентилятор позволяет подавать
большие объемы воздуха при низком давлении. В зависимости от диа-
метра рабочего колеса электровентиляторы серии ВО имеют три
типоразмера: ВО-4 (400 мм), ВО-5,6 (560 мм) и ВО-7 (700 мм), и их
двигатели допускают диапазон регулирования частоты вращения
в пределах соответственно 5 : 1, 10 : 1 и 8 : 1.
Система автоматического управления комплектов «Климат» обеспе-
чивает: ступенчатое регулирование частоты вращения вентилятора,
автоматический переход на низкую или высокую при снижении или
увеличении температуры в помещении в пределах от 278 до 308 К,
автоматический выбор числа работающих вентиляторов или их пол-
ное отключение при аварийном понижении температуры, возможность
ручного управления осевыми вентиляторами, защиту двигателей от пе-
регрузок и коротких замыканий.
Установленная мощность всех электродвигателей комплектов «Кли-
мат-2» или «1\лимат-3» составляет 120 кВт.
Для комплексов разработан комплект оборудования «Электро-
климат», который состоит из электроотопительных, вентиляционно-
увлажнительных установок и станции управления. Он развивает теп-
лопроизводительность до 190 кВт при установленной мощности
240 кВт. Объемный расход систем вентиляции: нагнетательной —
50 тыс. м3/ч, вытяжной — до 120 тыс. м3/ч. Управление автомати-
ческое.
Новыми по конструктивному исполнению и принципу работы
являются комплекты автоматических приточно-вытяжных установок
Рис. 30. Схема автоматизации и элементы вентиляционио-отопительно-увлажни-
тельной системы:
а — схема АСР установок «Климат-2» и «Климат-3»: / — станция управления; 2 — панель
Диспетчера: 3 — выключатели автоматические; 4 — вентиляторы вытяжные; 5 — датчик
визуального контроля температуры воздуха; 6 — датчики контроля относительной влаж-
ности воздуха; 7 — датчик контроля температуры воздуха; 8 — датчик аварийной темпера-
туры воздуха; 9 — животноводческое помещение; 10 — вентилятор нагнетательный; 11 —
n aS.K в°Дян°й» — клапан СВМ-25 электромагнитный; 13 — увлажнитель; 14 — кало-
рифер; /5 — датчик ТУДЭ-2 контроля калорифера от замораживания; 16 — клапан ПР-1М
^имеется только в установке «Клнмат-3»); б — схема увлажнителя: / — электродвигатель;
крестовина; 3 — обечайки; 4 — вентиль регулировочный; 5 — вентиль электромаг-
нитный; 6 — бачок водяной; в — схема установки ПВУ-4: / — отражатель шарнирный;
кожух цилиндрический; 3 — козырек-отражатель; 4 — заслонки поворотные полуци-
R ндРическне; 5 — кольцевой приточный канал; 6 — цилиндр внутренний; 7 — крыльчатка
ентилятора; 8 — нагревательные элементы ТЭН-26 ц ТЭН-2?
Таблица 6. Техническая характеристика установок ПВУ
Показател и ПВУ-4 ПВУ-6 ПВУ-9
Объемный расход, м3/ч: приток 4000 6000 9000
вытяжка 3400 5300 8000
Теплопроизводительность, кВт:
наибольшая 15 15 19,2
наименьшая 7,5 7,5 9,6
Габариты, мм:
высота 5200 6400 6850
диаметр 1000 1150 1250
Масса, кг 340 470 630
ПВУ-4, ПВУ-6 и ПВУ-9 (табл. 6), отличительной особенностью кото-
рых является совмещение притока и вытяжки воздуха в одном агре-
гате, исключающем необходимость устройства распределительных
воздуховодов в помещениях [41].
Комплект ПВУ состоит из шести приточно-вытяжных шахт, устанав-
ливаемых в перекрытии, шести силовых блоков и пульта управления.
Схема агрегата ПВУ-4 показана на рис. 30, в. Свежий воздух
засасывается в кольцевой зазор между кожухом и внутренним цилин-
дром лопастями крыльчатки 7 вентилятора и при необходимости
подогревается электронагревательными элементами 8. Кроме того,
приточный воздух может перемешиваться с теплым воздухом, уда-
ляемым из помещения по мере открытия регулирующих заслонок 4.
Положение заслонок меняется приводным электродвигателем и че-
тырьмя микропереключателями, установленными на приводном уст-
ройстве заслонок. Когда заслонки закрыты, агрегат работает в режиме
рециркуляции внутреннего воздуха с возможностью подогрева его
и подачи небольшого количества свежего воздуха. При полном откры-
тии заслонок по кольцевому каналу в помещение подается только
свежий воздух с подогревом его в холодное время.
При работе установки свежий воздух поступает в верхнюю зону по-
мещения и сообщает движение воздуху в зоне расположения агрегата.
Вытяжка воздуха из помещения производится внутренними лопа-
стями крыльчатки вентилятора через внутренний цилиндр агрегата.
Раздел 2
ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ КОРМОВ
•
2.1. О МЕХАНИЗМЕ РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
2.1.1. Общие понятия. Подготовленный для скармливания сель-
скохозяйственным животным корм должен отвечать зоотехническим
требованиям, указанным в соответствующих стандартах или тех-
62
! способы
обработки делят по роду энергии, затрачиваемой на техюлогиче-
----------------------- ------------- --------- химические,
гических
техноло-
' различ-
[рв вклю-
и полу-
распро-
словлен-
1Ческих условиях на корма. Независимо от вида корма все
В ' ТТЛ ГТ т- ГГЛ ГТЛПТГ лиЛТТТ'ГТТТ Т Т Т ПТ П ! Т П ТА, ТЛ U UO TAVL
ИХ С .
кий процесс и различают: механические, тепловые,
^логические и биохимические способы.
Потребность в разработке наиболее эффективных техноло
„оцессов привела к созданию разнообразных отраслевых
гни. В соответствии с этим все виды обработки (переработки'
пых материалов путем механического воздействия на них с помощью
инструмента или рабочего органа машины относятся к механической
технологии. Механическую технологию сельскохозяйственных мате-
риалов акад. В. А. Желиговский рассматривает как самостоятель-
ную научную дисциплину, которая является составной частью более
общей науки о механизации сельскохозяйственного производства,
названной ее основоположником В. П. Горячкиным — земледельче-
ской механикой.
Механическая технология сельскохозяйственных материал
чает изучение физико-механических свойств этих материалов
чаемых продуктов, научных основ самих способов механической обра-
ботки, а также рабочих процессов машин и методов их оптилизации.
В механической технологии приготовления кормов самых
страненным и важным процессом является измельчение, обу<
ное требованиями физиологии кормления животных. Деле в том,
что питательные вещества усваиваются организмом животного только
в растворенном виде, а скорость обработки частиц корма желудоч-
ным соком прямо пропорциональна площади их поверхности. В ре-
зультате измельчения корма образуется множество частиц с
развитой поверхностью, что способствует ускорению процесс )в пище-
варения и повышению усвояемости питательных веществ.
В инженерном отношении измельчение кормов является
энергоемкой и дорогой операцией.
В зависимости от способа воздействия рабочего органа
риал и вида вызываемой в нем деформации измельчение кор||
ществляется ударом на дробилках, размолом на мельницах, эезанием
на резках.
2.1.2. Физико-химические основы процесса разрушения
тел. Из работ академиков А. Ф. Иоффе, П. А. Ребиндера и И. .1. Френ-
келя следует, что реальное твердое тело характеризуется наличием
пространственной системы микро- и макродефектов, статистически
распределенных в толще и частично выходящих на наружнук
ность. Прочность, т. е. сопротивляемость тела разрушени:
наличия в нем указанных дефектов, снижается в 100—1000
тив идеального твердого тела с ненарушенной структурой.
с этим существуют два понятия прочности — молекулярная
ческая. Первая на два-три порядка выше второй и этим объя
высоко-
за иболее
на мате-
мов осу-
твердых
поверх-
о, из-за
раз про-
В связи
и техни-
сняются
требования конструкторов к металлургам производить сверхчистые
металлы.
Процесс деформации твердого тела сводится к увеличени)
Щихся размеров и количества дефектов. При достижении ог]
ю имею-
ределен-
63
ной плотности дефектов в теле возникает трещина с размерами, цре. S1
вышающими критический. Далее рост такой трещины протекает само-
произвольно и очень быстро; тело разрушается. При этом основную
роль играют два вида энергии — накопленная энергия упругих
дефомаций в теле и свободная поверхностная энергия. Последняя '
принимается за основную характеристику поверхности твердого
тела. |
Однако, как показывают многочисленные исследования, роль "
поверхностной энергии в процессе измельчения очень невелика,
к тому же и объективный метод определения ее величины для твердых
тел до сих пор не найден. Известный советский физик В. Д. Кузне-
цов отмечает, что учение о поверхностной энергии твердых тел по-
ка еще находится на низком экспериментальном и теоретическом
уровне.
При циклических нагружениях с каждым последующим циклом
количество дефектов в теле увеличивается, а его прочность падает.
Усталостное понижение прочности в технологических процессах
измельчения может быть значительно усилено применением поверх-
ностно-активных веществ, которые, проникая в микротрещины, экра-
нируют молекулярные силы, стремящиеся их сомкнуть, и резко сни-
жают прочность. Это явление, открытое акад. П. А. Ребиндером,
получило название «эффект Ребиндера» и широко используется в тех-
нике.
Общие представления о механизме разрушения кормов сводятся
к тому, что в основе динамического процесса измельчения лежит
механизм разрушения сжатием, и процесс протекает по схеме хруп-
кого разрушения, т. е. без заметного развития пластических дефор-
маций.
2.1.3. Современные представления о механизме измельчения кор-
мов. Корма, как и некоторые другие материалы (древесина, пластики),
представляют большую группу упруго-вязкопластических материа-
лов, специфическими особенностями которых являются наличие
структуры, резко выраженная анизотропия и значительная лабиль-
ность прочностных характеристик.
Отмеченная ранее роль различных дефектов и поверхностных
микротрещин в процессе разрушения материалов органического
происхождения значительно усиливается, так как заметные струк-
турные изменения и трещинообразование происходят под влиянием
меняющихся условий внешней среды (температура, влажность воз-
духа и др.) при хранении и различных технологических процессах,
предшествующих измельчению (сушка, транспортировка, хранение
и др.).
Корм, как материал растительного происхождения, состоит из двух
структурных элементов — скелета (каркас, арматура), обладающего
упругими и пластическими свойствами, и заполнителя, обладающего
вязкими свойствами.
При высокоскоростных режимах работы дробилок и многократ-
ном ударном воздействии рабочих органов на материал процесс раз-
64
-щения его можно представить аналогично случаю разрушения
^следствие циклического действия усталостных напряжений. Упруго-
вязкопластичные органические тела по своей структуре подобны
железобетонной конструкции, несущим элементом которой является
арматура (сетка из проволоки), а вязким заполнителем — бетон.
F Среди работ по изучению развития деформации и релаксации
напряжений в пластической области органиков ведущее место зани-
мают работы акад. АН УССР Ф. П. Белянкина, проф. А. Р. Ржа-
ницына, В. Ф. Яценко.
Рассматривая корм как структурированный материал (аналог
древесины), представим схему процесса деформирования его по
ф. П. Белянкину. Под действием внешних сил' элементы скелета
деформируются, а заполнитель оказывает вязкое сопротивление пере-
мещениям частиц скелета, увеличивая тем самым суммарную проч-
ность и жесткость тела. В телах растительного происхождения предел
прочности самого скелета не зависит от времени действия статиче-
ской нагрузки, величина же вязкого сопротивления заполнителя
меняется во времени. При длительном действии нагрузки заполни-
тель почти не оказывает поддерживающего действия скелету, и проч-
ность тела определяется только прочностью скелета. Напротив, при
малом времени действия силы вязкое сопротивление заполнителя
и поддерживающее действие его велико. Поэтому для разрушения
структурированного твердого тела необходимо приложить нагрузку
более высокую, чем ту, которая достаточна для разрушения его ста-
тическими силами. При ударном воздействии рабочих органов на мате-
риал сопротивление его разрушению определяется прочностью всего
комплекса — скелета и заполнителя.
Образование пластической деформации можно представить как
появление местных разрушений элементов скелета, первичных трещин,
развитие и объединение которых приводит к отделению его частей.
Этот процесс во времени протекает с возрастающей скоростью, что
позволяет считать разрушение практически мгновенным. При напря-
жении оразр разрушение тела происходит в течение времени t -» О,
пластические деформации не успевают развиваться, т. е. имеет место
хрупкое разрушение с образованием только упругих мгновенных
деформаций.
Рассмотренная идеализированная схема может быть применена
к таким кормовым материалам, как фуражное зерно, сено, солома,
корнеклубнеплоды, силос, трава и другие виды, включая мясо-рыб-
ные корма. Причем у зерна и корнеклубнеплодов скелет имеет про-
странственную структуру в виде множества сот (ячеек), заполненных
крахмальными зернами (эндосперм), а у стебельных кормов —
волокнистую, аналогичную структуре древесины.
Если все материалы расположить в ряд по степени изученности
их прочностных свойств, то они окажутся в следующем порядке:
металлы, строительные материалы (древесина, бетон), минералы (по-
лезные ископаемые, грунты), почва, растительное сырье, корма живот-
ного происхождения.
3 С. В. Мельников
65
Физико-механические свойства кормов до настоящего времени
изучены крайне недостаточно. В зависимости от способности того
или иного вида кормов сопротивляться определенному виду дефор-
мации, должны выбираться и способы их измельчения.
2.2. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОРМОВ
2.2.1. Экспериментальное определение характеристик прочности
кормов. При работе кормоприготовительных машин корма подвер-
гаются различным воздействиям рабочих органов и влиянию окру-
жающей среды (влажность, давление, температура воздуха и др.),
в результате изменяются их механическая структура, физические
и химические свойства. Среди целенаправленных воздействий рабочих
органов преобладают механические, при которых изменяются форма,
размеры, свойства и физические состояния перерабатываемых кор-
мов.
Отмечая важность изучения механических свойств, акад. В. П. Го-
рячкин в то же время указывал на необходимость органической увязки
такого изучения с конкретными задачами исследования рабочих
процессов машин. Изучать свойства в отрыве от технологических
условий и требований бесполезно. Так, если для конструкционных
материалов требуется знать величины допустимых нагрузок, при
которых напряжения и деформации соответствующих деталей машин
не выходили бы за пределы упругой области, то для кормов требуется
знать характеристики свойств и условия нагружения этих материалов,
при которых должно произойти обязательно разрушение их. В этом
специфика задачи, и это требование предопределяет собой выбор
методов испытаний кормов на прочность и номенклатуру показате-
лей, характеризующих прочностные свойства. Отыскание условий
и рабочих режимов машин, при которых разрушение частиц перера-
батываемого корма будет возможно с наименьшей затратой энергии,
и составляет в большинстве случаев основную цель исследований.
Процессы взаимодействия рабочих органов с материалом очень
сложны, и описание их точными математическими уравнениями сопря-
жено с большими трудностями, а в ряде случаев невозможно. Наи-
более перспективными и надежными могут быть признаны вероятностно-
статистические методы изучения имеющихся закономерностей.
2.2.2. Статические характеристики прочностных свойств зерновых
кормов. Рабочие диаграммы сжатия в координатах усилие — дефор-
мация и построенные на их основе диаграммы напряжений в коор-
динатах истинное напряжение — относительная деформация для зе-
рен фуражных культур впервые были получены автором этих строк
(1951—1953 гг.). Типичные рабочие диаграммы сжатия зерновки
ячменя представлены на рис. 31, а, а их реализации — на рис. 31, б.
Рабочие диаграммы внешне напоминают кривые для мягких метал-
лов. Они отмечают три характерные этапа в развитии деформаций
в материале вплоть до разрушения; Начальный этап (0—1) характе-
ризуется крутым подъемом кривой и преобладанием упругих дефор-
66
маций. Второй этап (/—2) отмечен ярко выраженным изменением на-
правления кривой, что свидетельствует о наличии внутренних сдви-
гов и быстром развитии пластических (структурных) деформаций
в зерновке. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к третьему,
конечному этапу (2 — V), который завершается разрушением оболочек
с образованием глубокой открытой трещины (чаще всего в попереч-
ном направлении).
Рис. 31. Диаграммы сжатия зерновки ячменя (а) н их реализации (б):
р
Резо — разрушающее усилие; Д/ — деформация; В — влажность; S — напряжение; ф — от-
носительная деформация
По П. А. Ребиндеру, образование внутренних трещин соответ-
ствует фазе предразрушения, отмечающей нарушение целостности
структурного скелета растительных материалов.
Прочность единичных зерен оценивается величиной разрушаю-
щего напряжения оразр (Па), равного временному сопротивлению
при сжатии. Из зерновых культур наибольшей прочностью обладает
ячмень, который, будучи основной фуражной культурой, может быть
принят за эталон для сравнительной оценки. Установлено, что пока-
затели прочности зерновых кормов устойчиво следуют нормальному
закону распределения (рис. 32).
Диаграммы сжатия позволяют получить численные значения пока-
зателей прочности и других свойств (пластичность, хрупкость, вяз-
3*
€7
Показатель пластичности е определяется по формуле
е = 1п[1/(1 - ф)],
где ф— относительная деформация сжатия.
Модуль пластичности Ег может быть найден из выражения
Ei= 100 (Spa3p - о5)/е,
где 5разр — истинное конечное напряжение (разрушающее), Па;
os— предел текучести, Па.
По результатам измерений угла а наклона кривой сжатия в плас-
тической области установлено, что для зерен злаковых культур
Ei = 9,5—10 МПа.
Рис. 32. Теоретическое
F (х2) и эмпирическое
рп (х2) распределение
показателей прочности
зерен ячменя и плот-
ность вероятностей f (х)
Вязкость материала характеризуется площадью диаграммы сжа-
тия, а показателем вязкости является удельная работа оразр разруше-
ния, равная площади диаграммы, отнесенной к единице объема дефор-
мированного тела. При общей изменчивости показателей прочности
зерна значения удельной работы для зерен разных культур оказа-
лись относительно стабильными («разр = 0,7—0,9 Дж/м3) и могут слу-
жить общей характеристикой энергоемкости зерновых кормов. Из зе-
рен злаковых культур наиболее вязкой является рожь, за ней сле-
дуют ячмень и овес.
Таблица 7. К расчету статистических характеристик
Показатели Г раницы
4,5-5,0 5,0—5,5 5,5-6,0
Средние варианты х 4,75 5,25 5,75
Частота п 1 1 2
Произведение хп 4,75 5,25 11,5
Отклонение от среднего (х — х) —2,28 —1,78 —1,28
Квадраты отклонений (х — х)2 5,20 3,17 1,64
Произведение = п (х — х)2 5,20 3,17 3,28
Примечание. Sxn = 211; Zn (х — х)‘ = 30,39.
68
Разработкой методов получения статистических характеристик
случайных явлений из опытных данных занимается, как известно,
математическая статистика. Пользуясь этими методами, рассмотрим
данные о прочности зерен ячменя как наиболее типичной фуражной
культуры. С этой целью, по данным 30 диаграмм сжатия, построен
вариационный ряд, представленный в табл. 7.
Крайние значения разрушающих напряжений составляют
о -эр. max = 9,2 МПа; ара,р. min = 4,7 МПа. Следовательно, размах или
протяженность ряда составляет 4,5 МПа, и при величине классового
промежутка Д, равной 0,5 МПа, получили ряд из 10 классов с часто-
той п вариант х.
В результате расчета получены статистические характеристики
рассматриваемой выборки.
Число наблюдений N = Еп — 30.
Среднее арифметическое х = S.xn/N — 211/30 — 7,03 МПа.
Среднее квадратическое ст = ± /1 п (х - х)2/(Л7 - 1) =
^/30,39/(30-1) = ±1,02 МПа.
Коэффициент вариации v = ± 100ст/х = ± 100-1,02/7,03 = ±14,6%.
Ошибка т (х) = ± ст//М = ± 1,02//30 = 0,19 МПа.
2.2.3. Динамические характеристики прочностных свойств зерно-
вых кормов. Применительно к технологии измельчения кормов наи-
больший интерес представляют показатели прочности, полученные
в условиях динамических нагружений и с учетом скорости деформи-
рования.
Рассмотрим один из методов динамических испытаний прочности
твердых тел, основанный на современных положениях волновой тео-
рии напряжений, т. е. с учетом фактора времени.
В качестве основной идеи в организации эксперимента нам послу-
жил широкоизвестный в физике метод Б. Гопкинсона (1914), который
с помощью горизонтально подвешенного «мерного» стального стержня
определял скорость распространения волн напряжений. В уста-
новке зерно как стержень посылалось с большой скоростью и «носи-
ком» (у зародыша) ударялось о пьезокварцевый датчик как о жест-
кую преграду. Опыты проводил Ф. Г. Плохое под руководством автора
прочности зерен ячменя при сжатии (влажность 13—15%)
классов, МПа
6,0-6,5 6,5-7,0 7,0-7,5 7.5-8,0 8,0-8,5 8,5-9,0 9.0—9.5
6,25 6,75 7,25 7,75 8,25 8,75 9,25
5 6 5 5 3 1 1
31,25 40,5 36,25 38,75 24,75 8,75 9,25
—0,78 —0,28 0,22 0,72 1,22 1,72 2,22
0,61 0,08 0,05 0,52 1,49 2,96 4,93
3,05 0,48 0,25 2,60 4,47 2,96 4,93
69
этой книги. Сигнал от пьезодатчика подавался на усилитель и да-
лее— на электронный осциллограф с контуром ждущей развертки.
Развертка удара с экрана осциллографа фиксировалась на пленку
с помощью фотоприставки. Типичные осциллограммы удара зерна
торцом о жесткую преграду представлены на рис. 33, а.
Скорость соударения зерна замерялась с помощью фотоэлементов,
усилителя фототоков и шлейфного осциллографа. Фотоэлементы
отмечали моменты пролета зерна по стеклянной телескопической
трубке (каналу) через фиксированные расстояния, равные 0,7 м
(рис. 33, б).
Рис. 33. Типичные осциллограммы удара зерен ячменя о преграду (а) и схема осцил-
лограммы (б) »
Скорость соударения в опыте оуд.оп определялась по формуле
уУл.оп = 700/0/п/, (4)
где /0 — расстояние между крайними пиками отметчика времени
на участке осциллограммы, мм;
I — расстояние между пиками осциллограммы, мм;
п — целое число промежутков между пиками на участке осцило-
граммы.
Продолжительность соударения М определяли как
Д/ = Д///р/?, (5)
где А/ — длина отрезка осциллограммы, заключенного между нача-
лом и концом ударного импульса;
(р — длина развертки, мм;
k— частота развертки (k — 10 кГц = const).
Максимальная сила удара Ртах составляет
Рmax “ 2тууд/р£/( А/ + Д/в), (6)
70
где Ртах — максимальная сила соударения, Н;
т — масса зерна, кг;
Л/а — длина отрезка осциллограммы, отмечающего процесс раз-
рушения Зерна ПрИ Р = Ртах, мм.
Разрушающее динамическое напряжение, представляющее собой
динамический предел прочности овд (Па), определяли по формуле
°В. д = Pmax/f3, (7)
где f3 — площадь поперечного сечения зерна, принимаемого за эллипс
с полуосями Ь И С, М“ (f3 — лЬс).
Полученные осциллограммы имеют форму трапеции. Наличие верх-
него основания (площадка) указывает на протекание пластических
деформаций и разрушение структуры зерновки, которая на мгнове-
ние как бы «прилипает» к плоскости датчика и лишь затем отскаки-
вает от него.
Рассматривая явления удара упругих тел, акад. В. П. Горячкин
отмечает наличие двух фаз — фазы сближения соударяющихся тел
и фазы их отталкивания. При абсолютно упругом ударе эти фазы по вре-
мени протекания равны друг другу. При не вполне упругом ударе
часть энергии затрачивается на пластические деформации и разруше-
ние материала, поэтому фаза отталкивания оказывается меньше
фазы сближения.
По данным наблюдений, общее время соударения (двух фаз) для
зерен ячменя (влажность 13—15%) варьирует в пределах от 4,8 •
• КГ5 до 7,3-10'5 сив среднем составляет 6,25-КУ5 с. Это время
сопоставимо с продолжительностью соударений металлических ша-
ров. Динамический предел прочности в среднем оказался равным
ов.д = 12,73 МПа при варьировании от 11,5 до 13,8 МПа. Обращает
на себя внимание относительная стабильность значений о„ д, отме-
чаемая коэффициентом вариации тд = 4,7% (против v = 14,6% при
статических испытаниях).
Свойство большинства материалов повышать свою прочность
с увеличением скорости нагружения в равной мере присуще и зерну.
На вопрос о том, при каких скоростях однократного удара про-
изойдет обязательное разрушение зерна, отвечают данные нашего
эксперимента, проведенного на баллистическом маятнике. В результате
многократных опытов установлено, что при скорости удара 26,1 м/с
разрушается только 18% зерен ячменя, при скорости 65,5 м/с —
65% и лишь при скоростях удара 100—114 м/с происходит гаранти-
рованное разрушение всех зерен.
Зерно в зависимости от влажности представляет упругопластич-
ную или упруго-вязкопластичную среду.
При рассмотрении удара стального стержня торцом о жесткую
преграду X. А. Рахматулин [64] доказал, что напряжения перед
самым разрывом равны динамическому пределу текучести os д мате-
риала, а при разрушении достигают динамического предела проч-
ности ав д, который может быть определен по формуле
огв.д = рь,уд/1п(а/х1), (8)
71
Рис. 34. Экспериментальная динами-
ческая диаграмма разрушения зерен
ячменя при ударе о жесткую преграду
(по Ф. Г. Плохову):
— х —расчетная;--Д---опытная
вуют о том, что формула (8)
опытным значениям, и что зерно
где р — плотность, кг/м3;
1>уд — скорость соударения, м/с;
а и %! — линейные размеры целого зерна (длина) и оставшейся неде-
формированной части после удара.
Как следует из формулы (8), значение динамических разрушаю-
щих напряжений зависит от квадрата скорости соударения и вели-
чины деформации зерна.
Динамическая диаграмма о — е, отражающая основной закон
деформирования упруговязкого тела, внешне не отличается от ста-
тической диаграммы (о = Ее), но
в пластической области распола-
гается над ней и тем выше, чем
выше скорость удара. На рис. 34
представлена экспериментальная
динамическая диаграмма, получен-
ная Ф. Г. Плоховым. Здесь по оси
абсцисс отложены опытные значе-
ния относительной деформации
сжатия зерен ячменя, вычисленные
по формуле е = {а — xj/a, а по оси
ординат — разрушающие напряже-
ния ов д (МПа), причем треуголь-
ничками отмечены опытные значе-
ния напряжений, а крестиками —
вычисленные.
Аппроксимирующие прямые ли-
нии (сплошная — расчетная, пунк-
тирная — опытная) свидетельст-
дает результаты, очень близкие к
ячменя при ударе можно рассматри-
вать как жесткопластическое тело с упрочнением.
Экстраполяция пластической прямой а — е отмечает на оси орди-
нат динамический предел текучести одд, который оказался равным
9 —10 МПа.
Из-за сложности экспериментального определения динамических
характеристик прочности материалов в инженерной практике обычно
используют статические характеристики, хотя известно, что они
недостаточны для оценки динамичных рабочих режимов машин. Для
учета динамичности режимов в расчетные формулы на прочность вво-
дят поправку, называемую коэффициентом /гд динамичности и равную
отношению
^д д/^разр- (^)
По опытным данным для зерновых кормов — 1,6—2,0.
О соотношении показателей прочности зерен различных куль-
тур можно судить по данным табл. 8, в которой за эталон для сравне-
ния принята прочность зерен ячменя (100%), оцениваемая по резуль-
татам статических испытаний.
72
2.2.4. Статические характеристики прочностных свойств стебель-
ных кормов. Стебельные корма (сено, солома, трава, сенаж, силос)
составляют основу кормовых рационов жвачных животных. Основ-
ным видом механической обработки стебельных кормов является
измельчение резанием, в силу этого о прочности их судят по харак-
теристикам сопротивляемости резанию, таким, как удельное сопро-
тивление резанию q0 (кН/м), разрушающие напряжения среза
тразр (МПа), удельная работа резания Луд.рСЗ (кДж/м2).
Статические испытания стебельных кормов резанием производят
на специальном приборе (с записью результатов на бумагу). Резание
производят по способу «рубки»,
т. е. когда угол между направле-
нием перемещения лезвия и самим
лезвием (или касательной к нему в
точке контакта) составляет 90° [14].
Прибор (конструкции кафед-
ры механизации животноводческих
ферм ЛСХИ) для определения соп-
ротивлений стебельных кормов ре-
занию (рис. 35) позволяет получать
рабочие диаграммы резания в коор-
динатах усилие — деформация. Ра-
бочим элементом прибора служит
сменная калиброванная цилиндри-
ческая пружина 7, позволяющая
получать разные масштабы pj усилий (от 20 до 30 Н на 1
диаграммы). Масштаб р2 деформации по оси абсцисс диаграммы равен
0,2, т. е. 1 мм длины диаграммы соответствует перемещению лез-
вия на 0,2 мм.
Таблица 8. Сравнительная оценка
прочности (%) зерен разных культур
при влажности 12—14%
Культура Статическое сжатие (по С. В. Мельни- кову) Размол (по я. Н. Купри- ну)
Ячмень 100 100
Пшеница 91 83
Рожь 83 117
Горох 65 —
Свес 54 (без пле- нок) 36 (в плен- ках)
мм высоты
Прибор состоит нз рамы 1, в направляющих которой перемещается подвиж-
ная рамка 2 с жестко закрепленным на ней барабаном 10. Внутри барабана поме-
щены пружина 7 н винт 12, несущий на нижнем конце нож 13. Двухходовой винт
(шаг 112 мм) может совершать только поступательное движение, что обеспечива-
ется направляющей 5. Наружный барабан 8 посажен на подшипники 6 н может сво-
бодно поворачиваться вокруг барабана 10. Пишущее устройство 3 крепится жестко
к винту 12, а диаграммная бумага 4 закрепляется на барабане 8, поворот которого
осуществляется при помощи гайки с вилкой.
Диаграмма резания (рис. 35, б) показывает, что процесс деформи-
рования слоя стеблей протекает следующим образом. Сначала нож
уплотняет слой (точки 1 и 2) и перемещение ножа на отрезке /сж
вызывает только упругие и пластические деформации сжатия. Про-
весе резания начинается, когда усилие со стороны ножа достигнет
необходимого предела (точка 2), т. е. максимального значения Ррсз,
которому соответствует максимальное удельное сопротивление реза-
нию <?0. При дальнейшем перемещении ножа (точки 2 и 3) начавшееся
перерезание слоя продолжается, а усилие Ррг.3, или удельное сопро-
тивление q0, удерживается на достигнутом уровне. Рабочее пере-
73
мещение ножа на отрезке /р„ по величине равно толщине (высоте)
сжатого слоя стеблей.
Перемещение на участке /выб (точки 3 и 4) обусловлено холостым
ходом (выбег) ножа от разгрузки сжатой пружины п к процессу реза-
ния стеблей отношения не имеет.
Рис. 35. Прибор для оп-
ределения сопротивлений
резанию:
а — конструкция (ЛСХИ);
б — диаграмма резания
По диаграммам резания определяют экспериментальные значения
характеристик прочностных свойств стебельных кормов.
1. Удельное сопротивление резанию <?0 (кН/м)
Яо — Ррез. max/*/, (10)
где Ррез. max — максимальное значение сопротивления резанию, Н;
Ррез. max = рДпах, где — масштаб усилия; /гтах — наибольшая
высота диаграммы, мм;
Ь — ширина слоя стеблей, м.
2. Напряжение среза трез (МПа)
Т-рез = ^*рез. тахАИг^рез)» G0
где ра — масштаб по оси абсцисс (р2 = 0,2);
/ре3 — длина участка резания на диаграмме, м.
3. Удельная работа резания Лрез.уд (кДж/м2)
^рез-уд 1=1 Дрез, тахРз/резА^^сл),
где /tCjl — действительная толщина слоя стеблей, м (/гсл ==> р3 (рез).
Отсюда следует, что
Лрез.уд =/’рез. тах/&, (12)
т. е. численно равна удельному давлению ножа по формуле (10).
74
По результатам испытаний слоя стеблей резанием в замкнутой
горловине (лотке) можно получить два показателя прочности сте-
бельных кормов. Один, введенный В. П. Горячкиным и широко извест-
ный в литературе — удельное сопротивление (q0 Н/м) резанию «руб-
кой» или, что то же самое, удельное давление лезвия ножа на мате-
риал, и другой показатель — условное разрушающее напряжение
среза трез (Па) — аналогичный характеристикам прочности, приме-
Рис. 36. Типичные диа-
граммы резания стеблей
(по С. В. Мельникову) в
координатах:
а — = f (еУ, т «= f, (/),
влажность 0,15—18%; б —
реализация из 25 диаграмм
резания
няемым в материаловедении. Это напряжение назовем условным,
так как его величина зависит от степени предварительного уплотне-
ния слоя, поперечное сечение которого лишь частично заполнено
материалом (остальная часть — воздушные промежутки).
Условное разрушающее напряжение среза представляет собой
отношение усилия резания, действующего на слой в плоскости раз-
реза, к действительной площади поперечного сечения перерезаемого
слоя. На рис. 36, а представлены экспериментальные кривые q0 =
~ f (^рез) и т = /1 (7рез) для разных видов стебельных кормов, а на рис.
36, б — реализация подобных кривых, составленная из 25 диаграмм
резания.
Средние значения удельного сопротивления резанию колеблются
в пределах 5,7—12 кН/м. Если сопротивление сена принять за 100%,
75
то сопротивление травы составит 80—90%, а соломы — 55—60%.
Обращает на себя внимание клевер, прочность стеблей которого почти
в 2 раза ниже, чем у других растений.
Численные значения статистических характеристик показателя
трез (Па) оказались следующими: х = 0,33—0,85 МПа; о = 0,03—
0,08 МПа; v = 4—17,3%; т (л) = 0,005—0,016 МПа.
Наряду с показателями прочности важное значение имеют и пока-
затели удельной работы резания, характеризующие энергоемкость
процесса. По результатам опытов установлено, что средние значения
удельной работы резания составляют для: сена — 5,7 кДж/м2; со-
ломы — 3,8 кДж/м2 и травы — 4,8 кДж/м2.
Проведенная статистическая обработка экспериментальных дан-
ных показала, что характеристики прочности стебельных кормов
и удельной работы резания устойчиво следуют нормальному закону
распределения, аналогично показателям у зерновых кормов.
2.2.5. Динамические характеристики прочностных свойств сте-
бельных кормов. Стебельные корма как упруго-вязкопластический
материал, имеющий волокнистую структуру и ярко выраженную
анизотропность, в механическом отношении по своим свойствам
ближе всего подходят к древесине. При растяжении предел прочности
древесины сосны вдоль волокон достигает 115 МПа, а поперек воло-
кон — в 20—30 раз меньше. Количество древесины в стеблях люцерны
составляет в среднем около 20% по массе.
При измельчении стебельных кормов в камере молотковой дро-
билки основным видом разрушающих деформаций материала следует
признать изгиб, для которого наиболее полной механической харак-
теристикой является предел прочности. Применительно к стебель-
ным кормам пока не представляется возможным замерить экспери-
ментально динамические разрушающие напряжения от изгиба пря-
мым путем, поэтому для определения динамических характеристик
прочности изыскиваются косвенные методы.
Наиболее обстоятельные исследования механических свойств стеб-
лей лубяного сырья выполнены проф. И. В. Крагельским, который
показал, что сопротивление стеблей изгибу более удобно оценивать
по величине угла у излома. Углом излома называется угол, заключен-
ный между продольной осью сломанного участка стебля и его перво-
начальным положением до деформации.
Для описания процесса деформирования стебля как гибкой нити
при поперечном ударе используется теория X. А. Рахматулина [64],
позволяющая установить аналитическую зависимость динамического
угла излома уд от скорости удара цуд.
В результате исследования волнового процесса деформаций и ско-
ростей движения точек нити после поперечного удара X. А. Рахма-
тулин получил уравнение, устанавливающее зависимость между
динамическим углом уд излома и скоростью оуд удара:
tgy„= 1,25 (13)
где с0 — скорость распространения упругих (продольных) волн.
76
Эта зависимость справедлива для бесконечной, предварительно
натянутой нити, работающей в области упругих деформаций. Понятие
бесконечности нити обеспечивается в том случае, когда в образце
за время удара продольные волны нагрузки не успевают отразиться
от свободных концов нити и вернуться при разгрузке до сечения,
в котором действует ударная волна сильного разрыва.
По нашим данным, скорость распространения продольных волн
в стеблях люцерны составляет порядка 1000 м/с, продолжительность
удара /уД = 3 -10'5 с. При этих условиях путь пробега волны от точки
удара вдоль стебля в каждую сторону составит s = с0/уд = 0,03 м.
Для испытаний поперечным ударом могут быть использованы стебли
длиной не менее 0,6—0,7 м. В этом случае они, будучи уложены
на опоры свободно (без заделки концов), могут рассматриваться
как имеющие бесконечную длину, т. е. как закрепленные по кон-
цам.
Формула (13) справедлива для области упругих деформаций,
пока напряжения в материале стеблей не достигнут предела упру-
гости (или близкого к нему — предела текучести). Получить подоб-
ную аналитическую зависимость для пластической области пока
не удается. Приближенное решение задачи может быть найдено экс-
периментальным путем. Определим предпосылки, необходимые для
отыскания подобного решения.
1. Ранее уже отмечалось, что разрушение растительных материа-
лов при ударной нагрузке происходит по схеме хрупкого разрушения,
для которого характерны отсутствие пластических деформаций и
небольшая разность между пределами текучести и прочности.
2. Скорость удара рабочего органа по материалу на один-два
порядка ниже скорости распространения по стеблю продольных
упругих волн напряжений. Следовательно, в деформации растяжения
от поперечного удара будет участвовать только незначительная часть
стебля, равная длине пути деформации — УудД/.
3. Для каждого материала свойственна своя определенная ско-
рость удара, при которой возникают разрушающие напряжения. Ско-
рость удара, при которой упругая деформация образца достигает
максимального значения, называется критической икр; при иуд > икр
материал разрушается мгновенно.
На основании этого и с учетом формулы (13) можно допустить,
ЧТО для данного материала и критической скорости икр будет соот-
ветствовать также и «свой» критический угол укр излома. Следова-
тельно, если экспериментально определить угол укр, то по формуле (13)
можно найти и критическую скорость удара
VKp = O,5cotg3YKp. (14)
Рассматривая вопрос о соотношении между критической и разру-
шающей иразр скоростями, В. Ф. Яценко рекомендует в расчетную
формулу вводить коэффициент kyjl = vpa3plvKp.
Для слоистых пластиков /гуд = 1,3—1,5.
77
С учетом этого выражение для разрушающей скорости ура,р при
ударе будет
vpa3p = O,5feyscotg3yKp. (15)
Определение динамических характеристик физико-механических
свойств стебельных кормов произвел А. М. Карнов (ЛСХИ) на экс-
периментальной установке, представляющей разновидность мерных
стержней Гопкинсона — Дейвиса. В результате многочисленных на-
блюдений и измерений оказалось, что сухие стебли люцерны имеют
динамический угол излома уд = 2Г (среднее значение), а статический
Уст = 15°.
Статический угол излома определяли, снимая обычной кинокаме-
рой процесс излома стебля, который в середине опирается на штифт
диаметром 3 мм. Частота кадров 32—64 */с.
Если угол излома использовать как прочностную характеристику
для волокнистых растительных материалов, отражающую зависимость
о = f (у), то можно найти и соответствующий коэффициент дина-
мичности, выразив его в виде отношения
*д = Ь/Тст. (16)
По данным наших опытов, коэффициент динамичности сухих стеб-
лей люцерны колеблется в пределах 1,2—1,5.
При наличии таких характеристик и с учетом формул (15) и (16)
можно найти значение разрушающей скорости поперечного удара
yp=3P = 0,5Z:„cotg3(^Y„). (17)
При уст = 15° Цразр = 56 м/с.
2.3. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ КОРМОВ
2.3.1. Измельчение как процесс образования новых поверхностей.
Измельчением называется процесс разделения механическим путем
твердого тела на части, т. е. путем приложения внешних сил, пре-
восходящих силы молекулярного сцепления.
В результате измельчения образуется множество мелких частиц
с сильно развитой поверхностью. Следовательно, измельчение можно
охарактеризовать как процесс производства (приращения) новых
поверхностей частиц корма.
Удельная площадь поверхности. Количественной
мерой дисперсности сыпучих материалов, т. е. развитости поверхности
частиц, служит показатель удельной площади поверхности. Удель-
ной площадью поверхности материала называется суммарная пло-
щадь поверхности всех частиц, заключенных в единице массы (м2/кг)
или объема (м"1).
В теории измельчения принято определять:
объемную удельную площадь поверхности 5уд.об (м-1)
•$уя.об = бД/, (18)
78
массовую удельную площадь поверхности 5уд.и (м2/кг)
5Уд.м = 6М (19)
где d — средний размер частиц, м;
р — плотность, кг/м3.
Из формул (18) и (19) следует, что для определения удельной
площади поверхности материала необходимо знать линейные раз-
меры его частиц. Средневзвешенный размер принято называть диа-
метром частиц, независимо от их действительной формы.
Степень измельчения. Абсолютные размеры, или круп-
ность, частиц измельченного корма обусловлены зоотехническими
требованиями и используются при оценке качества продуктов измель-
чения. Для энергетической оценки процессов измельчения, кроме
этого, требуется иметь представление о глубине процесса дисперги-
рования, т. е. о степени измельчения.
В общем случае энергоемкость технологического процесса измель-
чения зависит от приращения удельной площади поверхности AS
материала, т. е. AS — SK — 5нач.
С уменьшением размеров частиц удельная площадь поверхности
возрастает, поэтому численно степень измельчения к равна отноше-
нию удельной площади поверхности частиц конечного продукта
к удельной площади поверхности кусков исходного материала, т. е.
— SK/SHa4.
В технике степенью измельчения X, материала принято называть
отношение среднего размера D кусков исходного материала к сред-
нему размеру d частиц продукта измельчения
k = D/d. (20)
Если исходный материал — зерна сельскохозяйственных культур,
то, учитывая разнообразие и сложность формы, их размеры наиболее
удобно характеризовать величиной эквивалентного диаметра £)э.
Эквивалентным диаметром зерна называется диаметр шара, объем
которого равен действительному объему зерна. Значения эквивалент-
ных диаметров находят экспериментально. Определяют средний
объем зерна погружением порции из 100 шт. в жидкость (бензин,
толуол, ксилол), налитую в мерный цилиндр. Если объем одного
зерна У3, а объем равновеликого шара = л£>1/6, то эквивалент-
ный диаметр зерна будет равен
D9 = VW^^1,24/V3. (21)
С учетом этого начальная удельная площадь поверхности зерно-
вого материала перед измельчением по (19) будет Slla4 = 6/pD3.
Показатель степени измельчения X характеризует главным обра-
зом технологический процесс измельчения, а не крупность частиц дер-
ти. Очевидно, что при одной и той же крупности дерти (йгр), крупное
зерно дает более высокие значения степени измельчения и наоборот.
В табл. 9 приведены численные значения степени измельчения
и удельной площади поверхности дерти, полученной из ячменя, зерна
79
которого имели эквивалентный диаметр D3 = 4,2 мм и плотность
р = 1300 кг/м3.
Таблица 9. Степень измельчения и удельная площадь поверхности
ячменной дерти
Размол Круп- ность частиц </ср, ММ Степень измель- чения X Удельная площадь поверхности SK Приращение удельной площади поверхности
массовая, Мг/КГ объемная, м~1 м2/кг М"1
Очень мелкий 0,2 21,0 23,0 30- 104 21,9 28,6 • 10*
Мелкий 1,0 4,2 4,6 6- 10* 3,3 4,6 • 10*
Средний 1,8 2,3 2,5 3,3 • 10* 1,4 1,9-10*
Крупный 2,6 1,6 1,8 2,3 • 104 0,7 0,9 10*
При измельчении кормов на молотковых дробилках регулятором
тонкости размола является решето, установленное в дробильной
камере. Абсолютные значения степени X измельчения зерна злаковых
культур в зависимости от диаметра решета в камере дробилки, можно
принимать следующими:
Диаметр решета, мм 10 6 3 2
Степень измельчения X 1,5—1,6 2,0—2,4 5—7 8,4—9,7
При разработке методики определения степени измельчения сле-
дует учитывать специфические свойства различных видов кормов.
Так, для частиц стебельных кормов определяющим размером являются
исходная длина стеблей и длина /рез частиц резки или /тм травя-
ной муки.
В случаях измельчения соломы на соломосилосорезке или ско-
шенных растений на измельчающем аппарате косилки-измельчителя
достигается степень измельчения, равная
^ = Аст//рез. (22)
Аналогично определится степень измельчения при размоле сухой
сечки в муку, т. е. X = /„«/^.м-
Во всех этих случаях имеет место однократный процесс измель-
чения.
При многократном (многостадийном) процессе конечная степень
измельчения Хк будет равна произведению частных степеней, харак-
теризующих отдельные ступени процесса
Хк = ... Х„. (23)
Так, при производстве травяной муки общая степень измельче-
ния составляет 1Т М = LCT /сеч/ (/рез /т м).
Если пренебречь изменением длины частиц резки зеленой массы
от усушки и принять, что /рсз = /сеч, то
Чм = ^еХ.М- (24)
80
Пример. Средняя длина стеблей скошенной люцерны составила 7СТ = 500 мм,
на косилке КИК-1,4 получена резка с длиной частиц /рез = 25 мм. После сушки и
размола сечки получена травяная мука крупностью d,„ = 0,25 мм. При этих усло-
виях общая степень измельчения стеблей люцерны составит
Хт.м = V2 = (^ст//рез) (‘рез/d,. м) = (500/25) (25/0,25) = 2000.
Из примера видно, что даже один размол сухой сечки в травя-
ную муку представляет собой процесс диспергирования, во много раз
более глубокий, чем размол зерна. Этим объясняется и более высокая
энергоемкость процесса размола сечки.
При производстве пушнины приходится готовить мясо-рыбные
фарши путем очень тонкого измельчения. Эластичные частицы фарша
не поддаются ситовому анализу, и определение степени измельчения
сопряжено с некоторыми трудностями.
На кафедре механизации животноводческих ферм ЛСХИ(Б. В. Гар-
барец) разработана универсальная методика оценки степени измель-
чения по массе исходных кусков и частичек фарша.
В этом случае степень измельчения можно представить выраже-
нием:
X = D/d = VD3/d3 = V = VVm^/m^ (25)
где Vj и V2 — объемы куска и частицы, м3;
И] и — массы куска и частицы, кг;
Р1 И Рг — плотности, кг/м3.
Следует отметить, что в отличие от сухих кормов при измельче-
нии мяса и рыбы плотность продукта может заметно изменяться под
влиянием температуры и льдообразования в тканях, если измель-
чению подлежит замороженное мясо или рыба без оттаивания.
Эффективность и энергоемкость. Эффективность
Эф измельчителей выражается в тоннах готового продукта на 1 кВт -ч
израсходованной энергии
ЭФ = <Ж (26)
где Q — производительность, т/ч;
N — установленная мощность, кВт.
Величина, обратная эффективности, называется удельным расхо-
дом энергии.
При изучении рабочего процесса измельчителей и отыскании
оптимальных режимов их работы определяют энергоемкость процесса
Э = адх, (27)
где Э — затраты энергии на 1 т корма с учетом достигнутой сте-
пени измельчения, кВт-ч;
А/п — полезная мощность, т. е. за вычетом потерь холостого хода
измельчителя, кВт.
Способы измельчения. На рис. 37 схематически пока-
заны наиболее распространенные способы измельчения кормов: дроб-
ление ударом, раскалывание, истирание (размол), плющение и реза-
ние — лезвием, резцом или пуансоном.
81
При оценке способа измельчения и конструировании рабочих
органов измельчителей преже всего надлежит учитывать физико-
механические свойства кормов и выбирать такие способы воздей-
ствия на перерабатываемый материал, при которых разрушение его
может быть достигнуто при наименьших напряжениях и затрате энер-
гии. В этом отношении раскалывание, истирание или резание пред-
ставляются более выгодными, так как разрушающие напряжения
скалывания тразр меньше нормальных напряжений сгразр.
Рис. 37. Способы измельчения кормов:
/ — дробление ударом; 2 — раскалывание; 3 — истирание; 4 — плющение; 5 — резание
(а — пуансоном; б — лезвием; в — резцом)
Многообразие видов кормов и их свойств, а также требований
к технологии приготовления, обусловленных физиологией кормления,
привело к созданию большого числа способов измельчения, каждый
из которых имеет свое механико-математическое описание или теорию.
Так, для анализа процессов измельчения стебельных кормов,
корнеклубнеплодов и мясо-рыбных кормов используется созданная
акад. В. П. Горячкиным теория резания, имеющая большое научное
и практическое значение. Дальнейшее развитие она получила в тру-
дах акад. В. А. Желиговского, доктора технических наук Н. Е. Рез-
ника и других ученых. Теория резания лезвием позволяет решить
вопросы инженерного расчета соломосилосорезок, корнерезок, пасто-
82
изготовителей и других узкоспециализированных машин, рабочим
органом которых является режущий аппарат дискового или барабан-
ного типа.
В основу теории молотковой дробилки заложены фундаменталь-
ные труды также акад. В. П. Горячкина, развитые затем в работах
профессоров М. М. Гернета, В. А. Елисеева, С. В. Мельникова,
С. Д. Хусида, В. И. Сыроватки и многих других исследователей. Эта
вновь формирующаяся теория описывает рабочий процесс, протекаю-
щий в дробильный камере, кинетику, диспергирования материала,
динамику молоткового барабана, аэродинамику дробилки и энергетику
процесса. Теория вальцовых мельниц рассматривает кинематику
вальцов и дает обоснования для выбора конструктивных параметров.
Недостаточность теорий измельчителей разных типов состоит
в том, что они рассматривают лишь частные виды воздействия рабо-
чих органов на материал (резание, дробление, размол) и не вскрывают
общих закономерностей единого технологического процесса измель-
чения.
Научной основой теории измельчения должны стать законы физики
твердого тела и механизм его разрушения.
Теория измельчения, или массового разрушения твердых тел,
в ее общем виде, рассматривает два комплекса основных вопросов.
Во-первых, она изучает основные закономерности в распределении
частиц по их размерам (крупности) с целью отыскания наиболее
простых и в то же время достаточно надежных методов определения
средних размеров частиц, площади их удельной поверхности и числен-
ных значений степени измельчения. При описании характеристик
физико-механических свойств концентрированных кормов было пока-
зано, что если известен статистический закон распределения, то по нему
легко найти и все статистические характеристики.
Во-вторых, она изучает функциональные зависимости между за-
тратой энергии или механической работы на процесс измельчения
материала и результатами этого процесса, т. е. степенью измельчения.
Это дает возможность выявить эффективность рабочего процесса измель-
чителя в зависимости от принятой технологии кормоприготовления,
применяемых типов машин и режимов их работы.
2.3.2. Гранулометрический состав кормов. Крупность сы-
пучего материала. В дальнейшем будем называть частицы
исходных материалов кусками, а частицы измельченного корма —
просто частицами, размеры которых оцениваются средним диаметром.
Крупность всей массы сыпучего материала как статистической
совокупности оценивают по содержанию в ней классов (фракций)
определенных размеров, т. е. по гранулометрическому составу.
Гранулометрический состав измельченных кормов можно опреде-
лить при помощи анализов: ситового — рассевом на ситах на классы,
если частицы крупнее 40 мкм; седиментометрического — разделением
на фракции по скорости оседания частиц в жидкой среде, если раз-
меры частиц находятся в пределах от 5 до 50 мкм; микроскопического —
измерением характерного линейного размера частиц, попавших в поле
83
зрения под микроскопом на мерительную сетку окуляра, если размеры
частиц менее 50 мкм.
Ситовой анализ. Рассев навески сыпучего материала на
фракции с целью определения его гранулометрического состава на-
зывается ситовым анализом. Методы ситовых анализов унифициро-
ваны.
Для рассева применяют сита металлические — пробивные и тка-
ные (ГОСТ 3924—45) или шелковые тканые (ГОСТ 30108—40). Раз-
меры отверстий испытательных сит с мелкой сеткой выбирают по
ГОСТу 2851—45 (от 40 мкм и выше), а с крупной сеткой — по
ГОСТу 3884—53 (от 1 до 2,5 мм). Для рассева измельченных кормов
с размерами частиц от 1 мм и выше применяют преимущественно про-
бивные сита с круглыми отверстиями, а для частиц мельче 1 мм — тка-
ные с квадратными отверстиями. Сетки для сит имеют номер, обозна-
чающий число отверстий на 1 см длины. Сита устанавливают в пакеты
сверху вниз от крупных отверстий к мелким. Проход с последнего
сита собирается на поддоне.
В комбикормовой промышленности крупность дерти определяют
по ГОСТу 8770—58, согласно которому находят средневзвешенный
диаметр частиц (модуль) по одной из следующих формул:
M = (0,5pu+ 1,5/?! + 2,5р2 -|- 3,5р3)/100
или Л4 = (0,1ро + 0,6ро.2+ 1,5pi-j-2,5p2Д-З,5р3)/1ОО, (28)
где М — средневзвешенный диаметр части (модуль), мм;
р0 — остаток на сборном дне, %;
Ро,2 — то же на сите с отверстиями 0 0,2 мм, %;
Pi> Pt, Рз — остатки на ситах с отверстиями соответственно 0 1,
2 и 3 мм, %.
Навеска дерти (100 г) просеивается через набор штампованных
сит с круглыми отверстиями 0 5, 3, 2 и 1 мм при грубом и среднем
измельчении или 0 4, 3, 2, 1 и 0,2 мм — при тонком измельчении.
Верхние сита с отверстиями 0 5 и 4 мм являются контрольными
для учета целых зерен, наличие которых в дерти не допускается.
Остатки дерти на этих ситах присоединяют к остаткам на сите с отвер-
стиями 0 3 мм.
Исчисление средневзвешенного диаметра частиц в этих случаях
проводят по формуле
d = £ diPi/\00 = (d1P1 Ц- d2pt Ц-... + dnpn)/100, (29)
где di — средний размер отверстий двух смежных сит, мкм;
Pi — весовой выход (масса) класса, % (при массе навески 100 г —
2Pi = 100%).
Следует обратить внимание на то, что формула (29) отличается
от формулы (28) только числом выделенных фракций.
Ситовой анализ производят на лабораторном рассеве — встряхи-
вателе в течение 20 мин. Операция просеивания считается закон-
ченной, если при контрольном просеивании в течение одной минуты
84
Рис. 38. Лабораторный рассев-встряхива-
тель;
1 — набор сит; 2 — масляная ванна; 3 —
валик; 4 — кулачок; 5 — шток; 6 — корпус;
7 — ударник
количество материала, прошедшее через сито, не будет превышать 1%
от количества, оставшегося на сите.
На рис. 38 показан лабораторный рассев — встряхиватель, кото-
рый состоит из набора сит /, корпуса 6 и приводного механизма,
сообщающего набору сит вращательное движение в горизонтальной
плоскости. На валик 3 насажен
кулачок 4, который при враще-
нии приподнимает шток 5 удар-
ника 7 и встряхивает материал
на ситах. Приводной механизм
находится в масляной ванне 2.
Обработка данных ситового
анализа сводится к тому, что
все остатки (классы) на ситах
взвешивают на технических ве-
сах с абсолютной погрешностью
измерения не более 0,01 г и
определяют их выход в процен-
тах. Потери при рассеве не долж-
ны превышать 1%; их распре-
деляют пропорционально выхо-
дам каждого класса. Потери свы-
ше 1% не допускаются.
Характеристики
крупности. Графическое
изображение гранулометриче-
ского состава продуктов измель-
чения называют характеристи-
ками крупности, или помоль-
ными характеристиками. На
графике (рис. 39, а) показана
помольная характеристика тра-
вяной муки, построенная по ре-
зультатам ситового анализа. На
графике по оси абсцисс отклады-
вают размеры отверстий сит в
микрометрах, а по оси ординат —
массовые выходы в процентах.
В зависимости от метода построения характеристики крупности
(рис. 39, б) могут быть частными (распределения) или суммарными
(интегральными). В частной характеристике ордината, отложенная
из точек на оси х, соответствующих среднему диаметру отверстий
двух смежных сит, показывает массовый выход в процентах, остав-
шийся на сите данной фракции.
При построении суммарной характеристики каждая ордината
изображает суммарный выход Rx (%) «по плюсу» или «по минусу».
Суммарный выход «по плюсу» показывает, сколько имеется в пробе
материала с размерами частиц крупнее данного размера, т. е. это
85
выходы всех сит, расположенных выше данного сита, включая оста-
ток и на данном сите х. Суммарный выход «по минусу» показывает,
сколько имеется в пробе материала с размерами меньше данного
размера. Обе суммарные характеристики являются зеркальным ото-
бражением одна другой.
Экспериментальные помольные характеристики в верхней части
ограничиваются размерами отверстий самого тонкого сита в наборе
и являются неполными, так как ситовой анализ не дает представления
о действительных размерах частиц, прошедших на сборное дно. В слу-
чае необходимости размеры этих частиц могут быть определены с по-
мощью микроскопического анализа. Приближенное представление
о распределении самых тонких частиц можно составить, если непол-
ную помольную характеристику экстраполировать до Rx = 100%.
Рис. 39. Опытные характеристики крупности:
а — травяной муки; б — комбикорма: / — суммарная «по плюсу»; 2 — суммарная «по ми*
нусу>; 3 — частная (распределения); 4 — выравненная по уравнению крупности
Дифференциальные кривые 3 (рис. 39, б) представляют собой ва-
риационный ряд, или полигон распределения, размеров частиц по
классам.
На рис. 40, а, б представлены реализации характеристик круп-
ности зерновой дерти. Из рисунка видно, что при установившемся
режиме работы дробилки выдают дерть одинакового гранулометри-
ческого состава.
Помольные характеристики ячменной дерти, полученной на дро-
билке ДКУ-М с решетом 0 6 мм, представляют почти прямую линию.
Это свидетельствует о том, что размеры их распределены по клас-
сам относительно равномерно. Средний размер частиц составил
dcp — 1,68 мм, что по ГОСТу 8770—58 относится к верхней границе
среднего помола (М = 1—1,8 мм). Дерть, полученная на дробилке
РБД-3000 с решетом 0 4 мм, имеет dcp = 1,34 мм, т. е. представляет
собой типичный пример дерти среднего помола. Кривые в нижней
части вогнуты, что указывает на преобладание в пробе мелких ча-
стиц.
86
Статистические характеристики рассматриваемой дерти после дро-
билок следующие: ДКУ-М — х = 1,68 мм, а = 0,09 мм, v = 5,8%
и т (х) = ±0,013 мм; РБД-3000 — х — 1,34 мм, ст = 0,089, v = 6,7%
и т (х) = 0,018 мм.
Высокая статистическая устойчивость распределения частиц дерти
по их размерам дает основание применить для оценки ее крупности
такой критерий, как содержание в пробе одного класса, о котором
судят по остатку (фракции р;) на одном из сит. ГОСТ 8770—58 пре-
дусматривает возможность оценки крупности дерти по остатку на
одном из сит без определения модуля. Так, для мелкого размола
остаток на сите с отверстиями 0 2 мм допускается не более 5%, для
Рис. 40. Реализация десяти помольных характеристик ячменной дерти, получен-
ной на дробилках (по С. В. Мельникову):
а — с решетом ф 6 мм, dc& — 1,68 мм; б — с решетом ф 4 мм, dc$ — 1,34 мм
среднего размола остаток на сите 0 3 мм — не более 12%, для крупного
размола — остаток на сите 0 5 мм — не более 5%.
Крупность листостебельной массы и тра-
вяной муки. Нормы на качество измельчения, предусмотренные
в стандартах (ГОСТ 9268—59) на комбикорма-концентраты для молоч-
ных коров, распространяются и на полнорационные корма (по ВТУ
417—49), куда входят грубые корма (сено и солома). Крупность корма
для коров ограничивается остатком на сите с отверстиями 0 3 мм
в количестве не более 30% или остатком на сите 0 5 мм — не более 5%.
Характерной особенностью измельченных стебельных кормов яв-
ляется преобладание в их массе частиц сильно вытянутой формы
(цилиндрики), образованных из стеблей. Известно, что никакое сито
не может разделить помещенную на него смесь частиц по их длине, но
тем не менее ГОСТ 8770—58 не делает исключения для стебельных
кормов и предусматривает оценку их крупности также методом сито-
вого анализа.
При производстве травяной муки имеет место двукратное измельче-
ние. Сначала получают резку, а затем муку. В связи с этим требуется
87
производить оценку дисперсности материала раздельно, и для этого
необходимо знать размерную характеристику промежуточного продук-
та — зеленой массы (резки) или сухой листостебельной сечки. В про-
цессе сушки частицы травы деформируются и изменяют свои размеры,
уменьшаясь на 8—10%.
По результатам многочисленных ситовых анализов сечки установ-
лено, что каждая фракция содержит частицы по длине почти всех раз-
меров, однако средняя длина /,• частиц каждой фракции коррелирует
с размерами отверстий сит, что дает основание записать
Ц = kidit
где kt — коэффициент формы.
При таком допущении средневзвешенный размер (длина) /ср частиц
вытянутой формы определится по формуле
lcp — S kid.pi/lQO =
= (^р! + k2d2p2 +... + kndnpn)/l 00, (30)
где Pi, рг, ..., — массовые выходы, т. е. остатки на ситах с отвер-
стиями dit d2, ...dn, %.
Для технологических расчетов
равным: для сухой сечки k = 3 —
Рис. 41. Реализация семи помольных
характеристик травяной муки из раз-
нотравья, полученной на агрегате
АБМ-1,5 (по С. В. Мельникову)
можно принять коэффициент формы
3,5 и для травяной муки k = 2,5—3.
Вообще же с повышением дисперс-
ности коэффициент k уменьшается,
т. е. частицы относительно округ-
ляются.
На рис. 41 представлена реа-
лизация помольных характеристик
травяной муки из разнотравья,
полученной на агрегате АВМ-1,5.
График свидетельствует о сильном
переизмельчении травяной муки,
при рассеве которой на сите 0 Змм
никакого остатка не образуется.
Уравнения характе-
ристик крупност и. В тео-
рии измельчения, рассматриваю-
щей законы распределения частиц
продуктов размола по их размерам,
доказывается, что последователь-
ное изменение этих размеров мож-
но представить в виде непрерывной
функции, охватывающей размеры
частиц от самых мелких до сколь
угодно крупных кусков. Массовый характер явлений при измельчении
твердых тел дает основание рассматривать процесс разрушения как
стохастический, описываемый вероятностно-статистическими методами.
Для оценки качественных результатов процесса измельчения кормов
используют аналитические выражения, получившие название уравне-
88
ний характеристик крупности. Эти уравнения аппроксимируют эмпи-
рические дифференциальные распределения частиц по классам.
Проведенные исследования помольных характеристик зерновой
дерти и травяной муки показали, что для аппроксимации кривых эмпи-
рического распределения наилучшие результаты дают экспоненциально-
степенное уравнение Розина — Раммлера и логарифмически-ыормаль-
ный закон.
Уравнение Розина — Раммлера имеет вид
Rx = 100е-^я, (31)
где Rx — остаток на сите с диаметром отверстий х в суммарных
«по плюсу» процентах по массе;
х — средний размер частиц (d) класса, мкм;
b и п — постоянные коэффициенты, или параметры распределе-
ния.
Для построения интегральной кривой по уравнению (31) крупности
необходимо опытным путем определить значения параметров b и п.
По результатам ситового анализа пробы берут два суммарных «по
плюсу» остатка RXl и RX2 на ситах хг и хг, относительно удаленных
один от другого, но охватывающих наиболее представительные классы.
Затем решают систему из двух уравнений относительно отыскиваемых
неизвестных.
По результатам рассева имеем исходные уравнения
= 100е-^*я; RX1 = 100е-^я.
Логарифмируя, получим коэффициент b
In (100/RJ = bx"-, In (100//?Ха) = bx*.
Откуда
b = In (100/Rx)/xn. (32)
Для отыскания второго неизвестного п разделим второе уравнение
на первое
In (100//?Х2)/1п (1 QQ/RXl) = (х2/Х])п.
Перейдя к десятичным логарифмам и логарифмируя еще раз, по-
лучим
lg [1g (100/flJ/lg (100/^,)] = п 1g (х^),
откуда
п = [lg lg(100//?J - lg lg (100/RX1)]/(lg х2 — IgxO. (33)
Коэффициент b есть параметр масштаба, определяющий вогну-
тость или выпуклость (для грубого помола) кривой, т. е. он в извест-
ной мере является мерой крупности продуктов измельчения. По мере
увеличения суммарного остатка Rx этот параметр уменьшается — для
грубых помолов значения коэффициента b будут меньше, чем для
тонких.
89
Коэффициент п — параметр формы кривой, характеризует дис-
персию ряда, т. е. рассеяние частиц по их крупности. Чем больше
п, тем более однороден по гранулометрическому составу материал.
При п = оо все частицы имеют один размер.
Опытные значения коэффициентов варьируют в пределах: для
зерновой дерти b = 0,003 — 0,035 и « = 0,55 — 0,7; для травяной му-
ки 6 = 0,004 — 0,03 и « = 1,28- 1,73.
Суммарная теоретическая кривая 4 (см. рис. 39, б), построенная
по уравнению (31), вполне удовлетворительно описывает эмпири-
ческое распределение.
Рис. 42. Суммарные характеристики крупности травяной муки:
а — теоретические кривые построены по уравнению Розина — Раммлера; б — теоретические
кривые построены по логарифмическп-нормальному закону распределения; / — эмпириче-
ская; 2 — теоретическая; 3 — кривая плотности распределения; 4 — гистограмма
Уравнение дифференциальной кривой распределения, как произ-
водной от интегральной функции F (х), может быть получено, если
суммарную кривую построить «по минусу».
Уравнение суммарной кривой «по минусу» имеет вид
ЯА.= 100(1-е-Н- (34)
Уравнение (34) для дифференциальной кривой распределения
имеет вид
f (х) = d/?A/dx = Ю0Ьпхп~1е~Ьх'1. (34а)
На графике (рис. 42, а) построены эмпирическая и теоретическая
суммарные характеристики «по минусу» [уравнение (34)] — кривая
плотности распределения [уравнение (34а)] и гистограмма. Следует
отметить, что для построения эмпирической дифференциальной кривой
в качестве ординаты берется не остаток R, на том или ином сите (част-
ный), а относительная частота fn (х), т. е. частное от деления pt на длину
Axz классового промежутка.
90
На графике (рис. 42, б) представлены аналогичные кривые для
травяной муки того же гранулометрического состава, но построенные
по логарифмически-нормальному закону, плотность вероятности кото-
рого определяется выражением
f(lgх) = [1/(2,303о'-х j/2n)]exp (--f)’ (35)
где и — параметр [и — (1g х — 1g х)/<т,1;
аг — среднеквадратическое отклонение, мкм;
1g х — среднее арифметическое случайной величины 1g х;
х — текущий размер частиц или отверстий сит, мкм.
Рассматривая графики, можно заключить, что оба закона весьма
удовлетворительно описывают статистическое распределение частиц
по их размерам. Проверка по критериям согласия показала, что лога-
рифмически-нормальный закон более точно отражает действительную
картину и является более строгим теоретическим выражением большой
группы асимметричных распределений. В то же время для травяной
муки он дает заметные отклонения в крупных классах. Для практи-
ческих целей оказалось более удобным использовать эмпирическую
формулу (31) Розина — Раммлера, широко применяемую в отечествен-
ной и зарубежной специальной литературе для оценки крупности
самых разнообразных зернистых материалов.
Приближенный метод оценки крупности из-
мельченных кормов. Уравнение (31) характеристики круп-
ности дает возможность судить о величине остатка Rx на любом сите х,
если известны значения коэффициентов. Возможно решение и обратной
задачи. Если известен закон распределения частиц по размерам, то по
величине остатка Rx только на одном каком-либо сите можно с извест-
ной точностью судить о гранулометрическом составе всей смеси сыпу-
чего материала.
На основании вышеизложенного нами разработан приближенный
экспресс-метод оценки крупности частиц измельченных кормов, ре-
комендуемый для технологического контроля процессов измельчения
в кормоцехах животноводческих ферм и комбикормовых заводах.
Fla номограмме (рис. 43, а) нанесены кривые, построенные по урав-
нению (31) и охватывающие все степени размола зерна, которые пре-
дусмотрены ГОСТом 8770—58 и которые может давать молотковая
кормодробилка при нормальной влажности материала (В = 13—15%).
По оси абсцисс на номограмме отложены размеры частиц в микронах,
а на оси ординат — суммарные массовые выходы фракций в процентах.
Помимо выравненных характеристик крупности, на номограмме
нанесены кривые значений средних размеров dcp (мкм) и значений
удельной площади SK поверхности частиц корма.
Порядок пользования номограммой слудующий. Из имеющегося
образца отбирают навеску в 100 г и вручную просеивают ее на одном
из сит, например на сите с отверстиями 0 1500 мкм. Получившийся
после рассева (суммарный) остаток на сите взвешивают с абсолютной
погрешностью до 0,01 г. По его величине на оси ординат (например,
91
Д1500 = 34%), а также по размеру отверстий сита (х = 1500 мкм)
определяют точку а и кривую, наиболее близко расположенную к этой
точке (точка Ь). Найденная кривая характеризует всю совокупность
размеров частиц рассматриваемой пробы.
Для определения среднего размера нужно провести вертикаль
из точки с — пересечения найденной кривой распределения с кривой
средних диаметров — до оси абсцисс и прочесть значение с?ср (в при-
мере dcp = 1080 мкм). Далее из точки с следует продлить вертикаль
до кривой удельной площади поверхности SK, ордината точки f на
которой и определит удельную площадь поверхности проверяемой
пробы (в примере SK = 3,7 м2 /кг). Аналогичная номограмма для тра-
вяной муки построена на рис. 43, б.
Рис. 43. Номограммы для определения крупности частиц и площади их удельной
поверхности:
а — зерновой дерти; б — травяной муки
2.3.3. Затраты энергии на процесс измельчения. Законы из-
мельчения. Наряду с законами распределения частиц продуктов
измельчения по их размерам теория измельчения изучает функцио-
нальные зависимости между затратами энергии на процесс измельче-
ния материала и степенью измельчения.
Для определения работы измельчения еще в прошлом веке были
предложены две энергетические теории: поверхностная и объемная.
Поверхностная теория, сформулированная немецким
ученым П. Риттингером (1867), исходит из того, что работа, необходи-
мая для измельчения тела, прямо пропорциональна площади вновь
образованной поверхности,
^ = /(AS), (36)
где AS — площадь вновь образованной поверхности (приращение
удельной площади поверхности).
Если взять тело кубической формы с ребром D (рис. 44) и измельчить
его до частиц — кубиков с ребром d, то число полученных частиц
Л\ = D3ld? = X3. Площадь вновь образованной поверхности при этом
составит AS = S'K0H — 5иач = 6d2N4—6D2 или AS — 6D2 (X — 1).
92
Если работа Ао затрачивается на образование единицы площади
новой поверхности, то полная работа Лд, по Риттингеру, затраченная
на процесс измельчения, составит
ЛЛ = ЛоД5=6ЛоО2(Х-1). (37)
Если в формуле (37) удельную работу Ло и степень измельчения
принять за постоянные величины, то полная работа на измельчение
Ar = KrD2, (38)
где Kr — коэффициент пропорциональности.
Однако такая зависимость выражает лишь частный случай. В дей-
ствительности степень измельчения изменяется в широких пределах
Рис. 44. К определению работы, затрачиваемой на измельчение твердых тел
и зависит от свойств и крупности материала, способа измельчения и
конструктивных особенностей измельчителя. Применительно к техно-
логии приготовления кормов более постоянной величиной для зерен
определенной культуры является эквивалентный диаметр D3 зерно-
вки. С учетом этого замечания формулу (38) представим в следую-
щем виде
Ar = Kro(K- 1), (39)
где KRo — коэффициент пропорциональности.
Поверхностная теория оказалась более применимой для оценки
процессов тонкого измельчения, когда получается продукт с высоко-
развитой удельной площадью поверхности.
При измельчении зерновых кормов почти прямолинейная зависи-
мость (рис. 45) между затраченной работой и степенью измельчения
ЛИзм = f (ty наблюдается при тонком размоле (d 0,4—0,6 мм и X 7).
Теперь рассмотрим процесс измельчения не одного, а совокупности
М кусков разной крупности и формы, принимая средние размеры
93
кусков равными D, а полученных частиц —d. Допускаем, что измель-
чение частиц размерами от D до d происходит за п приемов (например,
Рис. 45. Удельные затраты работы
на измельчение зерна в зависимо-
сти от степени измельчения
ударов) и что за каждый прием до-
стигается промежуточная степень из-
мельчения Л,-, одинаковая для всех
приемов или стадий. При такой пред-
посылке общая степень измельчения
многостадийного процесса составит
Л = V-
Определим общую работу Ar, за-
трачиваемую на процесс измельчения,
если учтем, что за первый прием она
составит
А 1== KrD =KrD'M /(pD3)=KrM/D,
где N4 — число частиц [Ач — Л4/(рЕ>3)];
p — плотность, кг/м3.
Во втором приеме будут измель-
чаться куски уже размером Dr =
= D/'K и соответственно работа на
измельчение А2 = KrDIM/(pDi) —
= KrM/Dx = Kr^M/D.
В третьем приеме куски будут
иметь размер D, = D-J^ — D/tf, следовательно А3 = KrDIM/(pD2) —
= K'rM/D. = K'rKM/D.
Аналогично при «-ом приеме получили
Ап = 1М/(рЕ£_ >) = КдЖ/Рд-! = KR КГ ‘ M/D.
Общая работа измельчения равна сумме затрат по всем стадиям
А^ = А1-|-А2-{-А3-{-..,-{-?1л = KrM (1 -{- Л; л? -{-.• + Xt- )/П.
Сумма членов геометрической прогрессии (в скобках) со знамена-
телем равна
1 (л. _ 1 )/(х; -1)=(%; -1)/(%, -1) =
= (Z-l)/(X/-l) = [(D/d)-l]/(Zi-i).
Следовательно, общая работа на измельчение составит
= K'rM \iD/d) - 1 ]/[(Х4 - I) D] = Kk [(1/d) - (1/D) J M.
Удельная работа измельчения Лд.уд (Дж/кг) будет
Л«.Уд = А«[(1/^)-(1/О)]. (40)
Объемная теория разработана русским ученым-механиком
В. Л. Кирпичевым (1874), а позднее — применительно к процессам
дробления полезных ископаемых немецким проф. Ф. Киком (1885).
По Кирпичеву — Кику затраты работы Ак на измельчение тела
прямо пропорциональны объему ДУ деформированной части тела,
94
т. е. Лк = f (AV)- Но деформированная часть объема ДУ пропорцио-
нальна первоначальному объему V всего куска, т. е. ДУ = КА'. Сле-
довательно,
Лк = ККУ = K2V = КкО3
или
Ак = К2У = К2рт = Кк.т, (41)
^де /Ск и 7<к — коэффициенты пропорциональности в формулах по
теории Кирпичева — Кика;
т — масса дробимого куска, кг.
Объемная теория Кирпичева — Кика дает более точные результаты
в расчетах процессов грубого измельчения, при - котором основная
часть энергии затрачивается на упругие деформации тела, а удельная
площадь поверхности при этом изменяется незначительно.
Рассмотрим, как и ранее, случай измельчения материала, состоя-
щего из кусков крупностью!), с получением частиц размером d.
Если масса М материала состоит из кусков одинаковой массы т,
то число кусков до измельчения будет N — М1т. Работу измельчения
одного куска можно определить по формуле (41), а всей массы — по
следующей формуле:
A=AkN = K'kM. (42)
Если материал состоит из кусков разных размеров и измельчается
за п приемов (например, ударов), причем за каждый прием достигается
степень измельчения Л1( то за все стадии степень измельчения составит
X = Did = Л".
Отсюда число приемов
n = lgX/lgX1. (43)
При этом суммарная работа за п приемов составит А = пК'^М.
Подставив значение п по формуле (43), получим
А = Кк 1g Ш = Кк [1g (1 /d) - 1g (1 /D)] M.
Следовательно, удельная работа измельчения Лк (Дж/кг) будет
А к = Кк [lg (1 АО - 1g (1/D)] = Кк lg%. (44)
Сторонники поверхностной и объемной теорий более полувека
вели острую дискуссию между собой, пытаясь доказать преимущество
одной из них, но сделать этого не удалось; ибо как первая, так и вторая
теория страдают односторонностью и не учитывают влияния конкрет-
ных условий процесса измельчения на его энергоемкость (дисперс-
ность материала, конструкция и режимы измельчителей и др.).
В связи с этим появилась третья «примирительная» теория
Ф. Бонда (1952), объединяющая уравнения (39) и (44). Было сделано
допущение, что работа, расходуемая на измельчение, пропорциональна
среднему геометрическому из объема и площади поверхности измель-
чаемого куска
а в=к /vs=к¥ VKr&=№-5.
95
После преобразований получим
AB = KB[(\/Vd)-{\lVD)]. (45)
Позднее советский ученый А. К. Рундквист (1956) и американский
Р. Чарльз (1958) предложили эмпирическое уравнение
dA = — Cd(d6/6?), (46)
где А — работа;
б — характерный размер [куска (D) или частицы (d)];
С и z — коэффициенты.
Интегрируя выражение (46) и придавая дискретные значения
z = 1; 2; 3/2, с учетом конечных значений размеров получим прибли-
женное значение интеграла в виде
А = kDq. (47)
Тогда, придавая показателю степени q значения 3; 2 и 2,5, получим
Ак = ^к^3-закон Кирпичева — Кика;
Ar = KrD2 — закон Риттингера;
АВ = АВО2,5 —закон Бонда.
Из приведенного анализа видно, что зависимости (39) и (41) много-
значны и не инвариантны по отношению к условиям эксперимента,
т. е. не являются строго научными законами, а выражают лишь част-
ные случаи протекания процесса. Известно, что законами принято
называть строго детерминированные однозначные зависимости, харак-
теризующие явления или процесс и инвариантные по отношению
к системе отсчета.
Основной закон измельчения. Акад. П. А. Ребиндер
впервые (1928) предложил оценивать работу измельчения по следую-
щей формуле, учитывающей недостатки поверхностной и объемной
теорий
A=f(AK) + fi(AS), (48)
где AV — объем деформированной части тела;
AS — приращение удельной площади поверхности материала.
Уравнение Ребиндера в развернутом виде можно записать так:
А = А у -р = k А V сс AS, (49)
где Ау— работа, затрачиваемая на деформации в деформируемой
части тела;
As — работа, затрачиваемая на образование новых поверхностей;
k — коэффициент пропорциональности;
а — коэффициент пропорциональности, учитывающий энергию
поверхностного натяжения твердого тела.
Из уравнения (49), названного нами основным законом измельче-
ния, следует, что полная работа измельчения равна сумме работ,
96
затрачиваемых на деформации в деформируемой части объема разру-
шаемого куска и на образование новых поверхностей.
По В. И. Куянову, единство процесса «деформация — разрушение»
позволяет рассматривать разрушение как следствие перенапряжения
тела, а площадь вновь образовавшейся поверхности считать пропор-
циональной работе перенапряжения Л .у (в отличие от работы упругих
деформаций Лу). Тогда энергетический баланс процесса измельчения
можно представить в виде закона Ребиндера
Л=Лу-[-Л5, (50)
Рассматривая процесс измельчения по Ребиндеру [формула (50)]
как единое целое, можно отметить, что работа образования новой
поверхности является полезной, а работа упругих деформаций Ау —
неполезной. При этом КПД процесса измельчения очень низкий и
составляет
Ч,зм-Л5/(Л5 + Лу). (51)
Для повышения эффективности и КПД процесса измельчения необ-
ходимо: 1) уменьшать работу Лу упругих деформаций путем снижения
прочности материала за счет применения поверхностно-активных
веществ (эффект Ребиндера); 2) увеличивать, по возможности, рабо-
ту Л5 на образование новых поверхностей, создавая условия наиболь-
шего перенапряжения материала, например за счет применения высо-
ких скоростей рабочих органов (Ууд 100 м/с).
В заключение следует отметить, что полученные выражения для
определения работы измельчения не могут быть использованы при
количественных расчетах, когда требуется найти абсолютное значение
Лизм, так как неизвестны значения коэффициентов пропорциональности.
Эти формулы применяют лишь для качественного исследования рабо-
чих процессов и сравнительных расчетов с целью выявления относи-
тельной величины работы, затрачиваемой па измельчение.
2.3.4. Рабочие формулы. Опираясь на основной закон измельче-
ния [формула (49)1, С. В. Мельников (1952) предложил эмпирическую
рабочую формулу для определения затрат работы на измельчение.
Сделаем допущения, при которых с известной степенью прибли-
жения можно пользоваться рабочей формулой в исследованиях про-
цессов измельчения кормов.
1. Расширением имеющихся микротрещин и образованием новых
в пределах упругих деформаций, вплоть до начала текучести материала,
можно пренебречь, допустив, что вся работа при этом расходуется
только на деформацию корма и пропорциональна деформированному
объему. Обозначим эту часть работы через Av (Дж/кг) и в соответствии
с законом Кирпичева — Кика оценим ее по выражению
Av==Cvlg№, (52)
где Cv— коэффициент пропорциональности, имеющий размерность
удельной работы, Дж/кг.
4 С. В. Мельников
97
Показатель степени при Л условно оставлен под логарифмом, что
наглядно показывает зависимость затраты энергии от отношения объе-
мов (Ь3 и d3).
2. Энергия, расходуемая на измельчание корма в интервале от
предела текучести до разрушения, затрачивается на образование новых
поверхностей (в том числе и в ходе развития пластических деформа-
ций).
Допустим, что эта часть работы прямо пропорциональна прираще-
нию удельной площади поверхности и обозначим ее через As.
Тогда в соответствии с законом Риттингера ее можно оценить выра-
жением
As = ks(A-l)/D. (53)
Для перевода в Дж/кг в знаменатель формулы (53) следует ввести
плотность р (кг/м3) материала. Кроме того, если учесть, что размеры
исходных кусков зерновых кормов, оцениваемые эквивалентным диа-
метром зерновки по формуле (21), изменяются в узких пределах, то
можно записать ks!D р = Cs.
При этом Xs = Cs (k — 1).
Принятые предпосылки позволяют представить основной закон
измельчения в следующем виде:
Лт = A Xs
А — С А
^ИЗМ - ^пр^т»
где Ат — теоретические затраты работы на процесс измельчения,
Дж/кг;
Хизм — полные (расчетные) затраты работы на измельчение с уче-
том влияния способа измельчения и конструкции измель-
чителя, оцениваемого опытным коэффициентом Спр про-
цесса, Дж/кг.
С учетом выражений (52) и (53) формула (54) для определения
затрат работы (или энергии) на измельчение может быть представлена
в окончательном виде:
X„3M = Cnp[CKlgX8 + Cs(X-1)]. (55)
В формуле (55) постоянный коэффициент Cv выражает
работу упругих деформаций при принятом методе механических ис-
пытаний зерна, отнесенную к единице его массы.
Постоянный коэффициент Cs также имеет вполне определенное
физическое значение — представляет собой работу, затрачиваемую
на образование новых поверхностей при измельчении 1 кг зерна.
Величина обоих коэффициентов зависит от структурно-механических
свойств зерна, его крупности и плотности.
Коэффициент процесса Спр характеризует влияние других неучтен-
ных факторов, которые проявляются в рабочем процессе измельчи-
теля: свойства зернового материала (влажность, вязкость и др.),
способ измельчения (удар, плющение, резание и т. п.), конструктивные
98
особенности измельчителя. В статистическом смысле коэффициент Спр
выражает корреляционную связь между значением Ат по формуле
(54) и действительными затратами работы Лизм, наблюдаемыми в эк-
сперименте или в условиях производственной эксплуатации измельчи-
телей.
Опытные значения коэффициентов приведены в табл. 10.
Таблица 10. Характеристика фуражного зерна (по экспериментальным
данным С. В. Мельникова)
Культура Плотность зерна р, кг/м3 Эквива- лентный диаметр зерна Z>9, мм Коэффициенты
% cv, кДж/кг cs. кДж/кг
Ячмень 1,30- 103 4,2 1,20+0,30 8,5 7,50
Овес (без пленок) 1,35 • Юз 3,7 5,00+1,50 2.34 1,96
Рожь 1,28 • 103 3,3 1,45+0,35 8,4 6,40
Пшеница 1,36- Юз 3,8 —. 4,6 8,15
Горох 1,36- IO3 6,3 — 10,7 3,66
Следует иметь в виду, что экспериментальное'определение коэффи-
циентов Cv и Cs связано с необходимостью проведения большого числа
весьма трудоемких испытаний механических свойств зерен. Это огра-
ничивает возможности более широкого применения в расчетных целях
формулы (55).
Формулу (55) можно значительно упростить, представив ее в виде
/l„3M = C1lg^ + C2(A-l). (56)
Такое преобразование дает возможность определять значения
коэффициентов Сх и С2 по результатам производственных испытаний
измельчителей любых типов и использовать величину Л|13м в качестве
критерия энергоемкости при сравнительной оценке разных машин или
выборе эффективных режимов их работы.
Формула (56) является более универсальной, так как она позво-
ляет оценить любой процесс измельчения (дробление, истирание, ре-
зание) с позиций современной теории измельчения. Такой подход
имеет особое значение для исследования рабочего процесса универсаль-
ных дробилок, оборудованных режущим аппаратом и молотковым
барабаном, и других измельчителей, которые производят двукратное
воздействие разных рабочих органов на материал.
В формуле (56) коэффициенты Сх и С2 определяются по способу
наименьших квадратов из опытных данных. Так, для ячменя можно
принять Ci = (10 — 13) -103 Дж/кг и С2= (6-9) -103 Дж/кг, а для
грубых стебельных кормов Сх = (7,5 — 8,5) -103 Дж/кг и С2 = (0,6—
0,9) -Ю3 Дж/кг.
До сих пор мы рассматривали процессы измельчения зерновых
кормов, осуществляемые главным образом за счет ударного воздей-
4* 99
Таблица 11. Значения коэффи-
циентов Cv и Cs для стебельных
кормов, кДж/кг
Корм cv CS
Сено:
люцерновое 0,23 2,3
клеверное 0,11 1,1
из разнотравья Солома: 0,24 2,4
ячменная 0,12 1,3
ржаная Свежескошенная тра- ва: 0,12 1,2
люцерна 0,20 2,0
клевер 0,10 1,1
разнотравье 0,19 1,9
ствия рабочих органов. Однако основной закон измельчения, предло-
женный П. А. Ребиндером [формула (49)], в равной мере может быть
применен и для описания процесса измельчения стебельных кормов
резанием на соломосилосорезках.
С учетом формулы (54) можно записать
Ат — + = Асж + ^роз» (57)
где Асж — работа сжатия, Дж/кг;
Арез — работа резания, Дж/кг.
Значения работ АС1К и Арез могут быть определены по характеристи-
кам прочности стебельных кормов (оразр). Так, по результатам стати-
ческих испытаний стебельных кормов резанием на лабораторном при-
боре (см. рис. 35, а) получены данные, приведенные в табл. 11.
Из табл. 11 видно, что коэффициент Cs в 10 раз больше, чем коэф-
фициент Cv', по опытным данным, он равен примерно двадцатикратной
величине q0 сопротивления реза-
нию.
Коэффициент Спр в формуле (55)
для стебельных кормов в среднем
равен 0,7—0,9. Значения Спр обу-
словлены методикой определения
коэффициентов Су и Cs, при кото-
рой все стебли перерезаются толь-
ко поперек волокон. При этом вслед-
ствие анизотропности и влияния
структуры стеблей значения Су и
Cs максимальные.
При резании стебельных кормов
на соломосилосорезке значитель-
ная часть стеблей попадает под лез-
вие ножа и перерезается не перпен-
дикулярно продольной оси стеблей,
а подострыми углами. В этих слу-
чаях на их перерезание требуется затратить усилие и работу значитель-
но меньшие, чем при резании поперек.
Как уже отмечалось ранее, формула (56) дает возможность опреде-
лить расчетные значения коэффициентов С\ и С2 по результатам произ-
водственных опытов. Применительно к процессу резания стебельных
кормов, когда степень измельчения (X = Асг//рез) получается весьма
высокой, значением первого слагаемого в правой части уравнения (56)
можно пренебречь, так как оно во много раз меньше численного значе-
ния второго слагаемого.
При такой предпосылке затраты работы Арез можно оценить по
упрощенной формуле
Л113и = Лрез = С(Л-1). (58)
100
Раздел 3
МАШИНЫ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ
КОРМОВ
Рис. 46. Изменение подъемной си-
лы подковообразных магнитов в
зависимости от продолжительности
их работы:
1 — магниты из сплава «Магиико»; 2 —
магниты из углеродистой стали
3.1. ЗООТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНОЛОГИИ
ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ КОРМОВ
Зоотехническими требованиями обусловлены следующие операции
по приготовлению концентрированных кормов.
1. Очистка от земли, камней, семян сорных растений и соломистых
примесей на зерноочистительных машинах (сепараторы, бураты, гро-
хоты и др.) и от металлических примесей — на магнитных сепараторах.
Содержание минеральных примесей (песок) в комбикормах допус-
кается не более: 0,3% — для цыплят, поросят-отъемышей и телят
молочного периода; 0,5% — для молодняка крупного рогатого скота
и свиней; 0,7% —для коров и овец. В травяной муке допускается
содержание песка не более 1 % (ГОСТ
18691—73).
Содержание металломагнитных
примесей размером до 2 мм с неост-
рыми краями допускается не более
30 мг на 1 кг корма. Комбикорм,
содержащий металломагнитные при-
меси в количестве, превышающем до-
пустимую норму, не пригоден к скар-
мливанию, так как может вызвать
тяжелые заболевания животных. Осо-
бенно опасны крупные металлические
частицы с острыми режущими кром-
ками.
Металломагнитные примеси отде-
ляют на магнитных заграждениях в
самом начале поточной технологической линии приготовления кор-
мов. Магнитные заграждения состоят из статических магнитов под-
ковообразной формы или электромагнитов. Подъемная сила одного
магнита из углеродистой стали должна быть не менее 120—150 Н
на 1 см2 площади поверхности полюсов магнита. Одним из основных
недостатков магнитных сеператоров со статическими магнитами явля-
ется относительно слабая подъемная сила, а также ослабление магнит-
ного поля во времени. Из графика (рис. 46) видно, что подъемная сила
магнитов после десяти дней работы снизилась со 120 до 60 Н, т. е.
на 50%. При этом магнитный аппарат уже не может обеспечить уда-
ления из корма металломагнитных частиц. Подковообразные магниты
101
из сплава «Магнико» обладают более высокими магнитными свойствами,
их грузоподъемность составляет 250 Н на одну подкову.
Магнитные колонки типа МКЛ с постоянными магнитами «Магнико»
(пропускная способность 4, 10 и 20 т/ч) устанавливаются в агрегатах
типа ОКЦ и в линиях кормоцехов на фермах. Постоянные магниты
регулярно — раз в 10 дней — проверяют с помощью контрольных
магнитных подков или магнитомерами (на подъемную силу) и намагни-
чивают с помощью специальных приборов.
Более мощной подъемной силой и постоянством магнитного поля
обладают магнитные сепараторы, питаемые постоянным током напря-
жением 127 В. Основным недостатком электромагнитов является зави-
симость их готовности от подачи электроэнергии.
2. Измельчение до заданной крупности различными способами
на дробилках, мельницах или плющилках. Зоотехнические требова-
ния к подготовленному зерновому корму предусматривают размеры
частиц: для крупного рогатого скота — не выше 3 мм, для свиней —
до 1 мм, для птицы — до 2—3 мм при сухом кормлении и до 1 мм, если
кормление производят влажными мешанками.
Стандарт на комбикорма (ГОСТ 8770—58) определяет 3 степени
размола, которые характеризуются средними размерами частиц (мо-
дуль): от 0,2 до 1 мм — мелкий размол, от 1 до 1,8 мм — средний и от
1,8 до 2,6 мм — крупный размол.
3. Дозирование и смешивание компонентов при приготовлении
кормовых смесей по рецептам на специальных дозаторах и смесителях
или универсальных комбикормовых агрегатах.
Однородность состава обеспечивает одинаковую питательную цен-
ность всей полученной кормовой смеси. Для зерновых кормов показа-
тель однородности смеси должен быть не менее 90—95% (в зависи-
мости от назначения по виду и возрасту животных).
4. Гранулирование зерновых кормовых смесей или травяной муки
на прессах-грануляторах.
3.2. МАШИНЫ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ
КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ КОРМОВ
В соответствии с ранее принятой терминологией все машины, пред-
назначенные для измельчения кормов, будем называть измельчителями.
Каждый тип измельчителей охватывает большую группу машин, отли-
чающихся конструктивным исполнением и схемой организации рабо-
чего процесса (например, дробилки — молотковые, щёковые, конусные,
дезинтеграторы, и т. д.).
В технологии приготовления кормов основными машинами явля-
ются измельчители ударного действия — молотковые дробилки. Про-
стота устройства, высокая надежность в работе, компактность уста-
новки, динамичность рабочих режимов, высокие скорости рабочих
органов и непосредственное соединение вала машины с электродвига-
телем обусловили возможность широкого применения их во всех
отраслях народного хозяйства.
102
Наряду с этим молотковым дробилкам свойственны существенные
недостатки: высокая энергоемкость, неравномерность гранулометри-
ческого состава получаемого продукта с повышенным содержанием
переизмельченных частиц, интенсивный износ рабочих органов.
Типичные схемы молотковых дробилок сель-
скохозяйственного назначения представлены на рис. 47. Дробилка
Рис. 47. Конструктивно-
технологические схемы
молотковых дробилок
сельскохозяйственного на-
значения:
а — открытого типа; б — за-
крытого типа; в. г — двух-
стадийные; д — с жестким
креплением рабочих орга-
нов; е — горизонтальная;
ж — с замкнутым воздуш-
ным потоком; з — с шарнир-
ным креплением рабочих ор-
ганов
состоит из корпуса с загрузочной горловиной, молоткового барабана
с шарнирно-подвешенными молотками, решета и дек.
В зависимости от организации рабочего процесса в рабочей камере
следует различать дробилки открытого (рис. 47, а) или закрытого
(рис. 47, б) типов. В дробилках открытого типа материал из дробильной
камеры быстро удаляется, не замыкая при своем перемещении окруж-
ности. В таких дробилках измельчается главным образом крупно-
кусковой, хрупкий, сухой и немажущийся материал (гранулы, мел,
103
ракушки, соль). Основным механическим фактором процесса является
свободный удар молотка по кускам значительной массы.
В дробилках закрытого типа решето и деки охватывают собой
весь барабан, и материал, поступивший в дробильную камеру, при
своем перемещении совершает многократные круговые движения,
располагаясь в камере в виде рыхлого продуктово-воздушного слоя.
Здесь материал измельчается путем многократного ударного воздей-
ствия молотков и истирания при проходе их в среде движущегося
слоя.
В кормопрнготовлепии получили распространение дробилки закры-
того типа. Их классификация, отражающая организацию рабочего про-
цесса и типичные конструктивные особенности, приведена на рис. 48.
В отличие от молотковых дробилки с жестко закрепленными рабо-
чими органами (билами) принято называть роторными дробилками.
Дробилки, устанавливаемые в поточных линиях цехов или агре-
гатов, включаются в общую схему подачи материала и отвода про-
дукта путем аспирации. Дробилки, используемые на фермах как еди-
ничные установки, оборудуют системой трубопроводов, циклонами и
фильтрами-пылеуловителями, которые в совокупности образуют замк-
нутую пневмосистему (см. рис. 47, ж). Это способствует обеспыливанию
помещений, уменьшает взрывоопасность и в целом улучшает условия
охраны труда в помещениях.
К рабочим органам, изменяющим качественное состояние пере-
рабатываемого материала, относят молотки, решета и деки; к вспомо-
гательным механизмам, обеспечивающим непрерывность протекания
технологического процесса, — транспортеры-питатели, бункеры с до-
заторами, вентиляторы, циклоны, фильтры, систему трубопроводов
и выгрузные транспортеры.
Молотки дробилок (рис. 49) бывают пластинчатые и объемные.
Пластинчатые молотки с двумя отверстиями могут быть прямоуголь-
ными (ГОСТ 8772—58), со ступенчатыми концами и фигурными, а объ-
емные — сплошными н составными.
В кормодробилках отечественного производства применяют плас-
тинчатые молотки (прямоугольные или со ступенчатыми концами).
Для измельчения зерна и мягких продуктов используют тонкие
молотки (толщиной 2—3 мм), а для стебельных кормов — толщиной
6—8 мм и выше. При измельчении крупнокусковых материалов (по-
чатки, стержни початков, жмых) и сухой листостебельной сечки (при
производстве травяной муки) применяют более толстые молотки
(8—12 мм).
Молотки изготовляют из марганцовистой стали марки 65Г или
из углеродистой стали с наплавкой рабочих кромок сормайтом. В зави-
симости от материала и термообработки молотки служат от 72 до
280 ч.
На развертке барабана молотки размещают по винтовым линиям
двух- или трехзаходного винта (рис. 50) или же параллельными ряда-
ми, иногда с креплением их не на пальцах, пропущенных через отвер-
стия в дисках барабана, а на специальных кронштейнах,
104
Рис. 48. Классификация молотковых кормбдробилок по способу
организации рабочего процесса
Решета служат для отвода готового продукта из дробильной
камеры и регулируют степень измельчения корма. В кормодробилках
применяют преимущественно гладкие решета с пробивными круглыми
отверстиями, изготовленные из листовой стали. Живое сечение решета
Рис. 49. Конструкции молотков:
1 — ступенчатые нормальные; 2 — ступенчатые усиленные; 3 — прямоугольные: 4 — фи-
гурные типа фрезы; 5 — объемные АПК-10; 6 — объемные ДДК; 7 — плоские (дробилок аг-
регатов: а — АВМ-0,4; 6 — АВМ-1,5; в — ЛКБ-ФЕ; г — СБ-1,5); 8 — армированные сор-
майтом
составляет 0,08—0,35. Угол охвата барабана решетом варьирует
от 120 до 360°.
Деки бывают чугунные рифленые или стальные с пробивными
отверстиями. Вместе со сплошной стенкой корпуса они образуют шеро-
ховатую поверхность, задерживающую движение кольцевого слоя
материала в камере, и тем способствуют его измельчению.
106
Рис. 50. Схемы размещения молотков на развертке барабана (молотковое поле):
а — расстояние между соседними следами молотков; b ~ расстояние между соседними мо-
лотками на одном пальце; i — шаг винта; L — длина барабана; k — число ходов
6
4
>2 Ъ*
Рис. 51. Универсальная дробилка кормов КДУ-2
«Украинка»:
1 — дробильный аппарат; 2 — вентилятор; 3 — за-
грузочный бункер; 4 — раструб; 5 — шлюзовый зат-
вор; 6 — циклон; 7 — нагнетательный пневмопро-
вод; 8 — отводящий пневмопровод; 9 — фильтр;
10 — указатель нагрузки; 11 — червячный редук-
тор; 12 — режущий аппарат; 13 — рычаг включения
режущего барабана; 14 — транспортер; 15 — элект-
родвигатель; 16 — рама; 17 — прессующий транспор-
тер; 18 — редуктор; 19 — отсасывающий патрубок
Универсальная дробилка КДУ -2 «У к р а и н к а»
(рис. 51) состоит из дробильного аппарата 1, режущего аппарата 12
с питающим 14 и прессующим 17 транспортерами, загрузочного бун-
кера 3, вентилятора 2, циклона 6 с шлюзовым затвором 5 и пневмо-
проводами 7, 8, рамы 16, электродвигателя 15 и другого электрообору-
дования.
Дробильный аппарат состоит из камеры и молоткового барабана.
Дробильная камера выполнена в виде чугунного корпуса со вставными
боковинами. Верхняя крышка 5 (рис. 52), укрепленная на шарнирах,
позволяет быстро производить замену решета 4. В задней стенке ка-
меры имеется проем, куда вставляется выбросная горловина 3, ис-
6
5
4
16
17
18
сепаратор; 2/ — нижняя дека; 22 — вал барабана; 23
24 23 22 21 20 19
Рис. 52. Схема дро-
билки КДУ-2:
/ — отсасывающий па-
трубок; 2 — крышка вы-
грузного люка; J —
вставная выбросная гор-
ловина; 4 — решето; 5 —
крышка дробильной ка-
меры; 6 — молоток; 7 —
диск барабана; 8 — за-
грузочный бункер; 9 —
верхняя дека; 10 —верх-
ний магнитный сепара-
тор; 11 — поворотная за-
слонка; 12 — режущий
барабан; 13 — прессую-
щий транспортер; 14 —
противорежущая пласти-
на; 15 — питающий тран-
спортер; 16 — коллек-
тор; /7 — подводящий
воздушный патрубок;
18 — электродвигатель;
19 — натяжное устрой-
ство; 20 — нижний магнитный
ось; 24 — рама
пользуемая при измельчении сочных кормов. В нижней части камеры
находится отсасывающий патрубок 1, к которому крепится трубопро-
вод 19 (см. рис. 51) для отвода измельченного зерна из камеры через
вентилятор 2, пневмопровод 7 в циклон 6.
Внутри дробильной камеры расположены верхняя 9 (рис. 52) и
нижняя 21 рифленые деки.
Над дробильной камерой установлен приемный бункер 8 для
зерна, оборудованный магнитным сепаратором 10 и поворотной зас-
лонкой 11с рукояткой для регулировки загрузки дробилки, конт-
ролируемой указателем нагрузки 10 (см. рис. 51).
Внутри дробильной камеры на главном валу смонтирован молот-
ковый барабан, состоящий из шести дисков 6 (рис. 53), закрепленных
на шпонке 11 и зафиксированных распорными втулками 10. Через
отверстия в периферийной части дисков проходят шесть пальцев 9,
зашплинтованных в средней части. На пальцы шарнирно подвешены
пакеты молотков 7 (по 15 штук в каждом пакете). Строго заданное
расстояние между молотками фиксируется распорными втулками 8.
108
К К
Рис. 53. Молотковый барабан КДУ-2 с вентиля-
тором:
1 — шкив; 2 — роликоподшипник двухрядный сфе-
рический 3610; 3 — боковина; 4 — корпус; 5 — де-
ка; 6 — диск; 7 — молоток; 8 и 10—распорные втул-
ки; 9 — палеи; 11 — шпонка; 12 — кожух вентиля-
тора; 13 — ротор вентилятора; 14 — всасывающая
труба
При эксплуатации дробилок в случаях перестановки молотков
из-за одностороннего их износа требуется все молотки и втулки уста-
навливать на свои места, что обусловлено требованием динамической
уравновешенности.
Измельчающий аппарат предназначен для измельчения стебельных
кормов и корнеплодов. Он состоит из режущего барабана 12 (см.
рис. 52) с противорежущей пластиной 14, горизонтального ленточ-
ного питающего транспортера 15 и наклонного планчатого прессую-
щего транспортера 13.
Рис. 54. Режущий барабан КДУ-2:
1 — муфта; 2 — корпус подшипника; 3 — стенка; 4 — нож; 5 — болт; б — винт упорный:
7 — диск; 8 — шпонка; 9 — роликовый конический подшипник; 10 — сменная звездочка:
11 — нажимной диск; 12 — ведомый диск
Режущий барабан имеет три спиральных ножа 4 (рис. 54), укреп-
ленных болтами на двух фигурных стальных дисках 7. На одном
конце вала режущего барабана установлена муфта 1 предельного
момента. Она состоит из ведущего двухручьевого шкива, нажимного
диска 11 и ведомого диска 12 с накладками трения. Муфта отключает
режущий барабан при попадании под ножи посторонних предметов
или при значительной перегрузке в случае неравномерной подачи
корма.
Дробилка работает наиболее производительно, если амперметр-
индикатор показывает 55—60 А.
Дробилка КДУ-2 приводится в работу от электродвигателя через
фрикционную центробежную муфту (рис. 55) и шестиручьевую кли-
ноременную передачу с натяжным роликом [28]. При включении
электродвигателя шкив, соединенный клиноременной передачей с мо-
110
I
ЛОТКОВЫМ барабаном дробилки, остается неподвижным до тех пор,
пока частота вращения вала 7 с крестовиной 5 не достигает 1000—
1100 мин'1. Центробежная сила, преодолев сопротивление пружин,
прижимает колодки к внутренней поверхности шкива, а дробилка
автоматически включается в работу.
Рабочий процесс дробилки КДУ-2 может быть организован по
трем схемам настройки: 1) измельчение сыпучих зерновых кормов;
2) измельчение кукурузных початков и грубых кормов (сено, солома);
3) измельчение сочных кормов
(трава, силос, корнеплоды).
Для измельчения зерна в ка-
меру дробилки вставляют решето
1 2 3
Рис. 56. Схема дробилки КДМ-3:
/ — корпус; 2 — отводящий канал;
3 — решето; 4 — вентилятор; 5 —
шлюзовой затвор; 6 — циклон; 7 —
бункер; 8 — трубопровод; 9 —фильтр;
10 — дека; 11 — дробильный барабан
Рис. 55. Фрикционная центробежная
муфта дробилки КДУ-2:
1 — колодка; 2 — пружина; 3 — фрик-
ционная накладка; 4 — роликовый кони-
ческий подшипник; 5 — крестовина; 6 —
шпонка; 7 — вал электродвигателя; 8 —
крышка; 9 — шкив
и отключают режущий барабан, снимая с его шкива клиновые ремни.
При измельчении грубых кормов шкив режущего барабана соединяют
клиноременной передачей со шкивом электродвигателя. При измель-
чении сочных кормов из дробильной камеры вынимают решета, коле-
но всасывающего трубопровода, соединяющего патрубок дробильной
камеры с вентилятором, снимают и устанавливают вместо решет
выбросную горловину и дефлектор. В этом случае пневмосистема
разомкнута, и воздушный поток из дробильной камеры вместе с из-
мельченным продуктом под большим давлением выходит через выброс-
ную горловину.
Кормодробилки КДМ-2 и КДМ-3 предназначены для из-
мельчения зерна и устанавливаются в поточных линиях кормоцехов.
Ш
Зерновая дробилка КДМ-2 является модификацией дробилки КДУ-2
и отличается от нее тем, что не имеет измельчающего аппарата, питаю-
щего и прессующего транспортеров.
Дробилка КДМ-3 (рис. 56) входит в комплект оборудования ОКЦ-50.
Она имеет более упроченные узлы, приводится в работу от электро-
двигателя через фрикционную муфту (без клиноременной передачи).
Дробилка (рис. 57) агрегатов витаминной муки
предназначена для измельчения сухой листостебельной массы в муку,
она входит в состав агрегатов АВМ-0,65 и АВМ-1,5 для приготовления
травяной муки. Принципиальным отличием дробилки является то,
что в нее включена вихревая камера 7. Наличие вихревой камеры
и тангенциальный ввод материала в камеру позволяют упорядочить
Рис. 57. Схема дробилки с упорядоченным воздушным режимом агрегата АВМ-0,65:
1 — рифленая дека; 2 — молоток; 3 — регулируемая входная горловина; 4 — диск; 5 —
решето; 6 — выгрузная горловина; 7 — вихревая камера
воздушный режим дробилки и организовать ее работу по схеме диа-
метрального вентилятора. В результате этого на стороне подачи мате-
риала создается зона разрежения, способствующая затягиванию
сечки в камеру, а на стороне выхода продукта создается дополнитель-
ное динамическое давление за счет увеличения радиальной составляю-
щей скорости воздушного потока. Как следствие интенсифицируется
отвод измельченных частиц из камеры дробления и увеличивается
производительность дробилки.
3.3. ТЕОРИЯ МОЛОТКОВОЙ ДРОБИЛКИ КОРМОВ
Вопросам разработки теории молотковой дробилки посвятили
свои труды В. Р. Алешкин, В. А. Елисеев, С. В. Мельников, Ф. Г. Пло-
хое, П. М. Рощин, В. И. Сыроватка и др. Рабочий процесс дробилки
характеризуется наличием трех последовательно протекающих этапов,
отмечающих продвижение материала через рабочую камеру: 1) подачи
сырья (питание); 2) переработки материала в камере (измельчение);
3) отвода готового продукта (эвакуация).
112
В дробильной камере всегда имеется некоторое количество материа-
ла (загрузка камеры), частицы которого находятся на разных стадиях
диспергирования. Молотки барабана и создаваемый ими воздушный
поток вовлекают материал в круговое движение, располагая его на
периферии камеры тонким слоем, в котором частицы находятся во
взвешенном состоянии. Наличие циркуляции материала в камере
является характерной особенностью дробилок закрытого типа, полу-
чивших широкое распространение в животноводстве.
При измельчении зерна, «куски» которого имеют малую массу,
первичный удар лишь вводит зерно в сферу действия молотков, от-
брасывая его на периферию, но не разрушая на части.
В молотковых дробилках сельскохозяйственного назначения мате-
риал измельчается путем многократного ударного воздействия молот-
ков и истирания при проходе их в среде движущегося слоя. Острые
грани рифлей дек и кромки отверстий решета работают как резцы
(противорежущая часть), деформируя надвигающиеся на них частицы
материала, расположенные на внешней стороне циркулирующего
кольцевого слоя. Частицы, расположенные в средней части слоя, в за-
зоре между концами молотков и решетом, скользят по лобовой грани
молотка, затем с силой отбрасываются и также подвергаются деформа-
ции в результате действия ударной волны от молотков по слою и
взаимных перемещений, обусловленных разностью скоростей частиц.
3.3.1. Кинетика процесса измельчения зерна. Динамическую сис-
тему дробилки можно представить в виде физической модели, состоя-
щей из трех элементов (или звеньев): 1) барабана как генератора удар-
ных импульсов, в результате воздействия которых образуется множест-
во частиц измельчаемого материала; 2) продуктово-воздушного слоя
как регулирующей емкости (или массы), поддерживающей статисти-
ческое равновесие между двумя непрерывными одновременно проте-
кающими процессами — «размножения» (производительность барабана)
и «гибели» частиц (производительность решета); 3) перфорированной
поверхности дробильной камеры (решето как экран), лимитирующей
интенсивность общего потока материала, проходящего через дробилку.
Рабочий процесс дробилки следует рассматривать как стохасти-
ческий, описываемый вероятностно-статистическими методами. При
этом установившийся режим работы дробилки представляет собой
непрерывный, случайный, стационарный процесс, который с учетом
взаимодействия отмеченных выше составных элементов можно уподо-
бить марковскому случайному процессу «гибели и размножения» [16].
Действие физической модели дробилки сводится к следующему.
Молотилки барабана, перемещаясь с большой скоростью в продуктово-
воздушном слое, наносят по кускам материала удары, в результате
чего куски отбрасываются на решето и «испытываются на проход»
через него. Под «испытанием на проход» будем понимать каждый слу-
чай отбрасывания куска, или частицы, на решето. Если размеры
частиц позволяют им проходить через отверстия решета, то с течением
времени такие частицы «поглощаются» решетом, т. е. «гибнут», поки-
дая данную систему.Если частица через решето не проходит, то она
113
отражается от него, как от экрана, и вновь попадает в зону действия
молотков. После ряда ударов и отражений кусок распадается на более
мелкие части. Однако нельзя точно сказать, за сколько ударов опре-
деленной интенсивности данный кусок будет разрушен до заданной
степени измельчения, так как рабочий процесс носит случайный ха-
рактер и каждому конкретному числу ударов соответствует неодно-
значное, а многозначное значение получаемой степени измельчения.
Важнейшей характеристикой кинетики процесса измельчения яв-
ляется время пребывания (обработки) материала в камере дробления,
или «время жизни» частиц заданных размеров. При установившемся
режиме работы аналогом «времени жизни» может быть принято число
ударов, полученных частицей за весь процесс измельчения. Потребное
число ударов зависит от прочностных свойств материала и скорости
соударений. Так, по опытным данным, для измельчения зерен ячменя
до средней крупности частиц требуется нанести по зерну до 30—40
ударов влет при скорости молотков 40—45 м/с.
Исследованиями, проведенными В. Р. Алешкиным, установлено,
что число ударов, необходимое для достижения степени измельчения
X,-, будучи также величиной случайной, имеет логарифмически-нор-
мальное распределение.
Более детально кинетику измельчения можно проследить при
порционной работе дробилки, когда поступивший материал измель-
чается без отвода полученных частиц из камеры. Экспериментально
легко проследить за увеличением степени измельчения X (рис. 58).
В этом случае процесс измельчения в дробилке можно уподобить
процессу «чистого размножения». Решение системы вероятностных
дифференциальных уравнений для процесса «чистого размножения»
приводит к выражениям
I = gained- i)t или х = (/4-1)«, (59)
где a — параметр процесса;
t — время.
Уравнения кинетики (59) есть математические модели процесса
измельчения материала в дробильной камере, показывающие измене-
ние степени измельчения 1 и суммарного остатка Rx во времени.
Из уравнения (59) определится параметр процесса
a = lg X/lg (/4-1). (60)
На рис. 58 построен экспериментальный график X = f (f) при
a = 0,37 ± 0,06 с доверительной вероятностью 0,95.
Второй, параллельно протекающий процесс в дробилке — прохож-
дение мелких частиц через отверстия решета — также описывается
своими уравнениями кинетики, т. е. уравнениями просеивания частиц
через решето.
Рассматривая процессы «размножения» и «гибели» совместно, полу-
чим уравнение кинетики процесса работы дробилки в следующем
виде:
G=Goealn</+1>-^>
(61)
114
V
где Go — число кусков в камере при t — 0, т. е. в начале процесса;
G — текущее значение числа кусков во времени;
р — параметр процесса просеивания.
При установившемся режиме работы дробилки поддерживается ста-
тистическое равновесие, т. е. интенсивность обоих процессов одинакова.
Рис. 58. Изменение степени измельчения X и суммарного остатка Rx (dcp = 850 мкм)
в зависимости от времени измельчения I (по В. Р. Алешкину)
Сколько частиц образуется вновь, столько их и уходит через решето.
Зная время пребывания частицы в дробильной камере, можно подсчи-
тать среднее значение параметров аср для данного режима и материала
по формуле аср = a In (t + l)/t.
Экспериментальные исследования кинетики измельчения зерна
показали, что наибольшее влияние на численное значение параметра
«сР, т. е. на скорость увеличения степени измельчения, оказывают
скорость молотков и размеры отверстий решета.
По В. Р. Алешкину, ячменная дерть средней крупности при % =
= 3,49 была получена на дробилке за t — 54 с, при этом параметр аср
интенсивности процесса составил 0,314.
По опытным данным, параметр р составляет 0,11 — 0,12.
115
3.3.2. Циркуляция материала. Круговое движение материала в дро-
бильной камере в количественном отношении характеризуется крат-
ностью циркуляции, отмечающей,
Рис. 59. Зависимость (по Ф. Г. Пло-
хову) времени t обработки (сплошные
линии) и кратности циркуляции /<ц
материала (штриховые линии) в ка-
мере от скорости молотков v на ре-
шете с отверстиями 0 3 мм и зазо-
рах:
I — 2 мм; 2—12 мм; 3 — 20 мм
сколько полных оборотов совершит
материал в камере за время t из-
мельчения по заданной крупности.
Если массу циркулирующей за-
грузки обозначить через Л4Ц, а про-
изводительность дробилки через
q (кг/с), то М^ — qt. Замерив в опы-
те значения /Иц и q, можно найти
время t измельчения материала,
необходимое для анализа кинетики
процесса.
Уравнение кинетики (59) дает
представление об интенсивности
процесса по нарастанию степени
измельчения. Существует другой
показатель интенсивности — ско-
рость vs (м2/с) образования новых
поверхностей. Если найти время t
обработки и удельную площадь AS
вновь образованной поверхности,
то vs = kS/t. На рис. 59 представ-
лены значения t для разных режи-
мов работы дробилки, полученные
Ф. Г. Плоховым.
Определим показатель /Сц крат-
ности циркуляции и толщину /гсл
кольцевого продуктово-воздушного
слоя.
За время t материал внутри ка-
меры пройдет путь, равный 1= tvCJI.
При этом число полных круговых циклов, пройденных частицами,
т. е. кратность циркуляции, составит
Кц = tvca/nD = M^v^/qnD.
(62)
Если допустить, что объем, занимаемый циркулирующим слоем,
равен объему кольца толщиной /гсл, то масса этого слоя будет равна
Л1Ц = лПЕйс;,рЦц, (63)
где рц — массовая доля частиц материала в слое, кг/кг.
Отсюда
^сл = /Иц/л£)Еррц. (64)
По опытным данным Ф. Г. Плохова, исл = (0,4—0,5) им, а кратность
циркуляции колеблется в широких пределах в зависимости от проч-
ности зернового материала, заданной степени измельчения и скорости
молотков.
116
3.3.3. Аэродинамика молотковой дробилки. Циркуляция материала
обусловлена наряду с ударным действием молотков течениями воз-
душных потоков в камере. Одни потоки (рис. 60) совершают круговые
движения и вызывают скольжение продуктово-воздушного слоя по
решету, ограничивая тем самым его пропускную способность. Другие
потоки, наряду с центробежными силами, способствуют выносу час-
тиц из зоны измельчения в зарешетное пространство. Пропускная
способность решета обусловлена площадью его живого сечения.
Площадь Fp живого сечения решета является суммарным отверстием,
регулирующим производительность дробилки, которая в свою очередь
зависит от интенсивности процесса просеивания, обусловленной ско-
ростью ор воздушного потока в отверстиях решета. Таким образом,
Рис. 60. Принципиальная схема потоков воздуха в. камере молотковой дробилки
закрытого типа
аэродинамические свойства дробилки непосредственно влияют на ее
производительность. Это видно из выражения расхода воздуха
Qb ~ ^р^р^суж,
где ^Суж — коэффициент сужения струи в отверстии.
При относительно постоянной массовой доле цц в продуктово-воз-
душной смеси производительность машины оказывается прямо про-
порциональной расходу воздуха через дробилку. Барабан дробилки,
создавая круговой воздушный поток, работает подобно вентилятору,
у которого в качестве лопастей служат пакеты молотков, навешенных
на пальцы.
Воздушный режим в камере дробилки. Иссле-
дования аэродинамики молотковых кормодробилок под руководством
автора проводили А. М. Карнов, Н. Ф. Игнатьевский, М. Е. Гиршин,
Ф. С. Кирпичников и др.
На рис. 61 изображены векторы абсолютной скорости воздушного
потока в зазоре между концами молотков и решетом (точки 1—6) н в за-
решетиом пространстве у решета (точки 7—11). Такая картина ско-
ростей получена М. Е. Гиршиным на дробилке агрегата АВМ-0,4Б.
117
Рис. 61. Поле скоростей воздуха
при выходе из дробильной каме-
ры через отверстия решета (по
М. Е. Гиршину):
1—11 — точки замеров
Средняя скорость потока в зазоре равна 31,8 м/с, что составляет около
40% от окружной скорости концов молотков. Радиальная составляю-
щая vr = 2,5—3 м/с и на порядок ниже тангенциальной составляющей
vt из-за сильного закручивания потока молотками. Расход воздуха,
найденный расчетом по значению радиальной составляющей, составил
3,2 м3/с, а по результатам непосредственных замеров в отводящем
трубопроводе — 3,01 м3/с, что близко к расчетному и свидетельствует
о правильности выбора методики измерений параметров потока.
Наиболее полное представление о воздушном режиме в камере
дробилки дает ее аэродинамическая характеристика.
Аэродинамические характеристики дробилок снимают по общепри-
нятой для вентиляторов методике (ГОСТ 10924—64).
Работа молотковой дробилки по схеме диа-
метрального вентилятора. Из теории поля известно,
что поле некоторой физической вели-
чины считается заданным, если в каж-
дой точке пространства определено
значение этой величины. Например,
при изучении воздушных потоков в ка-
мере дробилки приходится рассматри-
вать поле давлений, поле скоростей и
т. д. Поле считается стационарным
(установившимся), если оно не меняет-
ся с течением времени.
В камере дробилки, как и в ко-
жухе вентилятора, имеет место плос-
копараллельное поле, но так как оно
практически не зависит от коорди-
нат по оси вала барабана, то в даль-
нейшем будем рассматривать его как
двумерное, т. е. плоское, расположенное в плоскости вращения мо-
лотков.
Для дальнейших рассуждений допустим, что поток внутри камеры
стационарный, неразрывный и плотность воздуха во всех точках
плоского поля одинакова (при скоростях потока до 80—90 м/с воздух
можно считать несжимаемым).
При таких предпосылках поток воздуха через барабан дробилки
можно рассматривать как часть потенциального вихревого поля,
ограниченного окружностью диаметром 2 Ro (рис. 62), т. е. внутрен-
ними концами молотков. Центр О вихря расположен внутри этого
поля. Поле скоростей плоского вихря состоит из двух областей. Одна
область — это ядро вихря с радиусом гв, вращающееся с постоянной
угловой скоростью со по направлению, совпадающему с направлением
вращения барабана. Вторая область — поле вихря, примыкающее
к ядру, в которой частицы воздуха движутся с линейной скоростью vn.
Из курса аэродинамики известно, что при наличии плоского
вихря течение воздуха между дисками барабана происходит по концен-
трическим окружностям с центром О на оси вихря.
118
Теория диаметрального вентилятора применительно к работе
вентиляторов сельскохозяйственного назначения получила развитие
в работах проф. Б. Г. Турбина и Н. П. Сычугова.
В диаметральных вентиляторах смещение центра вихря произ-
водится путем устройства направляющего аппарата в решетке венти-
лятора или создания специальных вихревых камер («языков») в его
кожухе.
Рис. 62. Распределение скоростей v и избыточных статических давлений р в пло-
ском вихревом поле (междисковое пространство барабана дробилки)
Сектор в сечении дробилки, в котором радиальная составляющая
скорости направлена к центру барабана, будет определять зону рас-
положения входной горловины, а сектор, в котором скорость vr на-
правлена от центра, — место решета. Углы ах и а2 определяют зону
входа воздуха, а углы а3 и а,4 — зону выхода.
С учетом изложенных общих положений и по аналогии с диамет-
ральным вентилятором кафедра механизации животноводческих ферм
ЛСХИ совместно с ГСКБ по машинам для приготовления витаминизи-
рованных кормов разработала дробилку с поперечным воздушным
потоком, роль «языка» в которой выполняет вихревая камера.
119
Наибольшее влияние на формирование упорядоченного воздуш-
ного потока оказывают размеры вихревой камеры, ее форма и место
расположения по отношению к загрузочной горловине.
Не касаясь эпюры распределения давлений, рассмотрим закон изме-
нения радиальной составляющей скорости vr, способствующей эва-
куации измельченного продукта из камеры. Для этого на окружности
радиусом Rr по концам молотков выделим точку А (рис. 62) и найдем
значения составляющих vr и vt скорости поля:
vr = vIIsini, t^ = vncosi,
где i — угол между радиусом R и линией Л0х, отмечающей расстояние
от выбранной точки до оси вращения барабана.
Распределение радиальных составляющих скорости в зависимости
от величины угла а, представлены на рис. 63. Здесь т = OOJRl
Рис. 63. Закон изменения радиаль-
ной составляющей скорости vr в
зависимости от угла а
(см. рис. 62) и К = r/2nRr, если Г—
циркуляция скорости. С увеличением
угла а радиальная составляющая ско-
рости быстро растет, достигает мак-
симального значения, а затем умень-
шается до нуля при а = л и всех
значениях т. При увеличении угла а
от л до 2л закон vr = f (а, т) остает-
ся аналогичным, но при этом знак
скорости изменяется на противопо-
ложный.
Наибольшие значения радиальная
составляющая скорости имеет при
очень малых и очень больших значе-
ниях углов а, в частности при amin =
= 15 — 45° И Ищах = 315—345° t^max ~
« ± (2 - 4) К.
Следует заметить, что при а =
= 0 — vr = 0 барабан дробилки рабо-
тает, как обычный центробежный вен-
тилятор, т. е. т = 0 и центр вихря
совмещен с осью вращения барабана,
а воздушный поток, создаваемый им,
становится круговым.
График vr — f (a, tri) служит для обоснования выбора места раз-
мещения входной горловины и решета. Если входной сектор в сечении
барабана ограничить углами ах и а2, то из графика видно, что характер
воздушного потока в камере дробилки будет в меньшей степени зави-
сеть от этих углов при небольших значениях т.
Если выходной сектор, в рамках которого может быть размещено
решето дробилки, ограничить дугой, определяемой углами а3 и а4,
то из закора изменения vr следует, что угол а3 может быть принят
в пределах 190—220’, а угол а4 = 330—340’. В этих интервалах углов
120
радиальная составляющая имеет наибольшие значения и будет заметно
влиять на эвакуацию готового продукта из камеры.
В дробилке агрегата АВМ-0,65 приняты значения углов: а4 = 38°,
аз = 90°, а3 = 220° и а4 = 340°. В ней установлена вихревая камера
цилиндрической формы с центром, удаленным от оси вращения бара-
бана на расстояние 0,75 радиуса барабана (по наружным концам
молотков).
На рис. 64 представлена аэродинамическая характеристика дро-
билки при работе с вихревой камерой и с гладкой декой, установ-
ленной вместо вихревои камеры.
Замена дробилки агрегата АВМ-0,4
воздушным потоком, оборудованную
АВМ-0,65), и оптимизация режимов
работы сушилки и дробилки позволи-
ли поднять производительность агре-
гата на 62%.
Воздушный поток в за-
решетном пространст-
в е. При оценке потока в отводящей
магистрали дробилки наибольший ин-
терес представляет вопрос о его транс-
портирующей способности.
Основной характеристикой аэро-
динамических свойств дисперсного
материала при пневмотранспортиро-
вании является скорость витания v„,
т. е. относительная скорость воздуш-
ного потока в вертикальном канале,
когда в абсолютном движении части-
на дробилку с упорядоченным
вихревой -камерой (агрегат
Рис. 64. Аэродинамическая харак-
теристика (по М. Е. Гиршину) дро-
билки с вихревой камерой (—) и
гладкой задней декой (----------):
Рст> Рднн» Р — давление соответствен-
но статическое, динамическое, полное;
v — скорость; L — мощность потока;
Q — расход воздуха
ца остановится. Так как форма и размеры частиц разные, то и ско-
рости витания отдельных фракций будут разными. Для практических
целей определяют экспериментально значение такой скорости витания
^п.ср, при которой потоком уносится 50% всех частиц испытуемой на-
вески.
На графике (рис. 65, а) представлены кривые, отражающие зави-
симость скорости витания частиц травяной муки от их размеров.
Скорости витания определялись на парусном классификаторе конструк-
ции ВИМа. В опытах фиксировались три момента: — скорость
начала отрыва частиц, v2 — скорость массового витания частиц, v3 —
скорость уноса последней частицы.
Из опытных интегральных кривых скоростей витания (рис. 65, б)
травяной муки, сечки, а также зерновой дерти следует, что средние
значения скоростей витания ив ёр частиц измельченных кормов состав-
ляют: для зерновой дерти ячменя — 4,3 м/с, пшеницы — 3,6 м/с,
гороха — 3,4 м/с, кукурузы — 3 м/с, овса — 2,2 м/с; для травяной
муки 0,8—1 м/с; для сухой сечки из злаковых трав — 3 м/с. При этом
скорость уноса последней частицы для всех видов упомянутых кормов
не превышает 10—15 м/с.
121
При расчетах транспортирующих трубопроводов А. М. Дзядзио
и А. С. Креммер рекомендуют определять минимальную скорость воз-
душного потока по эмпирической формуле umin = 10 + 0,57 vB ср.
Однако для надежной транспортировки измельченных кормов, исклю-
чающей завалы, рабочая скорость ираб воздушного потока должна
Рис. 65. Экспериментальные значения скоростей
витания частиц измельченных кормов:
а — травяной муки; 1 — из люцерны; // — клевера (по
Н. Ф. Игнатьевскому); б: / — травяной муки; 2 — сеч-
ки из разнотравья (по 3. М. Кучннскасу); в — зерновой
дерти (по Ф. С. Кирпичникову): 1 — ячменя; 2 — куку-
рузы
быть выше; с этой целью в формулу вводит-
ся коэффициент запаса kv, равный 1,5—1,6.
Тогда
^Раб = Ы10 + 0,57ив.ср). (65)
Для обеспечения надежной работы дро-
билки рабочая скорость воздушного пото-
ка в замкнутой пневмосистеме принимает-
ся в пределах ираб = (2—2,5) ив ср и должна быть не менее 18—20 м/с.
Барабаны современных дробилок (при решете с отверстиями 0 6 мм)
создают скорость потока в отводящем трубопроводе: КДМ-2 — 5 м/с;
АВМ-0,65 — 9,12 м/с.
Сопротивление решет составляет от 500 до 1800 Па в зависимости
от диаметра отверстий и живого сечения. Живое сечение решет с отвер-
стиями 0 4, 6, 8, 10 и 18 мм составляет соответственно 0,21; 0,38; 0,52;
0,57 и 0,63.
Исследованиями М. Е. Гиршина установлено, что барабаны рас-
смотренных выше дробилок агрегатов АВМ-0,4 не могут создать в за-
решетном пространстве воздушный поток, который надежно транс-
портировал бы измельченный корм в сборники, поэтому в пневмо-
системе требуется предусматривать установку внешнего вентилятора.
Более рациональное решение заложено в идее создать рабочий
орган, выполняющий две функции — измельчение материала и созда-
ние мощного воздушного потока для эвакуации готового продук-
та. На схеме (рис. 66) показана дробилка с барабаном-вентиля-
122
тором. Помимо деки 8, решета 4, вихревой камеры /, дробилка имеет
направляющий аппарат 2, состоящий из четырех фигурных пластин,
расположенных в межмолотковом пространстве. В полом барабане
расположены консольные валы 10 и два диска 9, жестко соединенные
между собой блоками лопаток 5, несущими на себе пакеты молотков 6.
Такой барабан-вентилятор создает в выходном трубопроводе скорость
потока Vpa6 = 18—19 м/с, вполне достаточную для транспортирования
готового корма. Наибольший КПД барабан имеет при изогнутых ло-
патках, загнутых вперед.
А-А
Рис. 66. Экспериментальная дробилка с барабаном-вентилятором и вихревой ка-
мерой:
I — вихревая камера; 2 — направляющий аппарат; 3 — крышка; 4 — решето; 5 — блок
лопаток; 6 — молоток; 7 — корпус; 8 — дека; 9 — Диск; 10 — вал консольный
Работа замкнутой пневмосистемы дробил-
к и. Для оценки надежности работы пневмосистемы важно определить
потери давления во всей системе и на отдельных ее участках. В связи
с этим представляют интерес результаты экспериментального исследо-
вания, выполненного Ф. С. Кирпичниковым на лабораторной установке,
показанной на рис. 67, а.
Установка включает дробилку КДМ-2 с приемным бункером 1, вен-
тилятор 3, позволяющий устанавливать циклон 4 на высоту до 15 м,
систему трубопроводов и измерительную схему, состоящую из бата-
реи 5, V-образных жидкостных манометров, трубки Пито—Прандтля
и трех микроманометров, включенных в напорную ветвь системы
в точке А.
Циклограмма (рис. 67, б) отражает характер изменения стати-
!ческого давления по всей длине пневмосистемы и распределения по-
123
терь по участкам. При транспортировке чистого воздуха потери давле-
ния значительно меньше, чем при транспортировке продуктово-воз-
душной смеси, о чем можно судить по наклону линий давления на
участке между точками А и Б. Участок между точками Л и Б — это
участок установившегося движения воздуха и транспортируемого
материала, потери давления здесь пропорциональны длине трубопро-
вода.
Рис. 67. Схема замеров (Л, Б, 1, 2, 3 ...12) статических давлений по замкнутой си-
стеме (а) и циклограмма (б):
а: 1 — бункер; 2 — дробилка КДМ-2; 3 — вентилятор; 4 — циклон; 5 — батарея жидкост-
ных манометров; б; I — воздух; 11 — ячмень
Потери давления в циклоне составляют 1100—1110 Па и отме-
чаются вертикальными отрезками на циклограмме между точками за-
меров 10 и 11. При увеличении подачи вентилятора эти потери воз-
растают до 1315 Па. Потери давления в дробильной камере КДМ-2
составляют от 300 до 1500 Па в зависимости от диаметра отверстий
решет, подачи и вида материала.
Из циклограммы видно, что потери давления в возвратном трубо-
проводе заметно больше (точки 11 и 12), чем в напорном. Это объяс-
няется тем, что вентилятор у дробилки КДМ-2 работает как швырялка,
и материал получает часть кинетической энергии (не учитываемую
пьезометрами) от лопастей швырялки в дополнение к энергии воздуш-
ного потока.
124
Удельные потери давления (потери, отнесенные к 1 пог. м длины
трубопровода) возрастают в зависимости от скорости потока и кон-
центрации смеси, т. е. производительности установки.
3.3.4. Механические факторы рабочего процесса молотковой дро-
билки. Работа деформации при одиночном ударе.
В основу анализа рабочего процесса молотковых дробилок положена
теория удара акад. В. П. Горячкина 15, 14].
Для выяснения сущности явлений, происходящих в рабочей камере
дробилки, рассмотрим сначала действие свободных ударов, когда про-
тиводействием является инерция самих кусков материала. При этом
будем полагать, что к куску (зерну) прикладывается совершенно не-
упругий прямой центральный удар. В результате удара изменение
количества движения молотка составит
i~M(v№ — vK), (66)
где i — ударный импульс, Н • с;
М — масса молотка, кг;
и vK — скорости молотка до и после удара, м/с.
С другой стороны, если принять, что до удара зерно имело началь-
ную скорость падения v3 = 0, то при неупругом ударе изменение коли-
чества движения зерна составит
i = /иук, (67)
где т — масса одного зерна, кг;
ук — скорость зерна, равная скорости молотка после удара, м/с.
Для оценки энергетической стороны процесса необходимо знать
скорость ок после удара. Приравнивая формулы (66) и (67), получим
Л1им = /Иук 4* mvK.
Отсюда vK = пн/[1 + (т/М)]. (68)
Из формулы (68) следует, что значение конечной скорости молотка
после удара зависит от отношения массы ударяемого тела (и) к массе
ударяющего (/И) и изменяется по гиперболе.
Далее, определим полезную работу молотка при ударе его по зерну
влет. Из курса теоретической механики известно, что при неупругом
ударе часть кинетической энергии сохраняется для движения системы
соударяющихся тел, а другая часть превращается в работу деформации
этих тел. Часть энергии, затрачиваемая на деформацию и разрушение
материала, в нашем случае представляет полезную работу, затрачивае-
мую на процесс измельчения корма. Найдем значения работы деформа-
ции Ддеф (Дж).
Полный запас кинетической энергии движущегося молотка до
удара Ао — Мо2м/2.
После удара кинетическая энергия молотка А„ = 7Иик/2.
Если пренебречь скоростью падения зерна при вводе его в дробиль-
ную камеру (из-за малости высоты падения) и допустить, что скорость
зерна до удара равна нулю, то и кинетическая энергия его до удара
также будет равна нулю.
125
После удара зерно приобретает скорость vK молотка и получает
при этом от молотка кинетическую энергию движения А3 = mv^/2.
На основании закона о сохранении энергии при ударе можно
записать
^0 = ^м + ^з + ^деф- (69)
Отсюда работа деформации
^деф = ^0 ~ Им + ^з)- (70)
Подставляя соответствующие значения, получим
А деф = (Ми°/2) - (Mrf/2) + (mrf/2).
Но по формулам (66) и (67) i = М (им — vK) — mvK. Следовательно,
после замены mvK получим
Лдеф = [Мцм — Mvl — М (vм — VK) VK]/2.
После преобразований имеем
Адеф = 0,5 (Mv3M - MvavK) = 0,5 [Л1ум (v№ - Ук)].
Заменив М (им — vK) на mvK, окончательно имеем
Ддеф = /7И\цк/2. (71)
Из этого уравнения следует, что работа деформации зависит от
скорости молотка после удара и изменяется по закону прямой. Ско-
рость и работа деформации зависят от отношения масс т/М соуда-
ряющихся тел.
В случае измельчения зерна, когда отношение т/М очень мало
и ик ~ ум, будет справедливо выражение
Лдеф = тсй/2. (72)
Если же масса ударяемого тела будет во много раз больше массы
ударяющего, то конечная скорость цк будет равна нулю, и по уравнению
(70) ударяющее тело весь запас кинетической энергии израсходует
на работу деформаций. Такой случай имеет место при ударе отброшен-
ного молотком зерна о деку.
Кинетическая энергия А3, сообщенная на отбрасывание зерна,
в молотковой дробилке не теряется бесполезно, а также превращается
в работу разрушения при ударе его о неподвижные части машины.
И если учесть это обстоятельство, то в целом полезная работа Лпол
разрушения, обусловленная свободным ударом молотка по зерну
влет, будет равна
^пол ~ ^деф + ^з = тх)к.
Заметим, что вышеприведенные формулы для определения работы
деформации получены для случая соударений тел, имеющих посту-
пательное движение. В действительности молоток дробилки и про-
дуктово-воздушный слой совершают вращательное движение, при ко-
тором работа деформации отыскивается с учетом теоремы о кинети-
126
т/М
Рис. 68. График В. П. Горячкина,
показывающий распределение кине-
тической энергии молотка при уда-
ре его по зерну
песком моменте. В этом случае в расчетные формулы для Ддеф войдут
моменты инерции молотка и зерна вместо их масс М и т.
Наглядное представление о распределении кинетической энергии
при ударе для разных соотношений масс и скоростей рабочих органов
дает график, предложенный акад. В. П. Горячкиным. На рис. 68 этот
график для удобства пользования дается несколько видоизмененным.
По оси ординат в верхней части графика отложены отношения
масс т/М ударяемого тела к ударяющему, а в нижней части — кине-
тическая энергия А. По оси абсцисс
отложена скорость молотка после
удара, выраженная в процентах по
отношению к его скорости до уда-
ра.
В верхней части графика пред-
ставлена гипербола ик = f (т/М), от-
ражающая изменение скорости молот-
ка после удара [см. уравнение (68)].
В нижней части построены парабола
Ам = fi (Ц<)> показывающая изменение
кинетической энергии молотка после
удара в зависимости от конечной ско-
рости vK, и прямая Ддеф = К Ы, от-
ражающая изменение работы дефор-
мации в зависимости от скорости
молотка после удара [по уравнению
(71)]-
Парабола и прямая делят нижнюю
часть графика на три области. Орди-
наты, лежащие ниже параболы, пред-
ставляют запас кинетической энергии,
оставшейся в молотке после удара;
ординаты, лежащие выше прямой, —
работу деформации (потерю кинетической энергии для движения);
ординаты, заключенные между параболой и прямой, — кинетическую
энергию движения после удара, которую молоток сообщил уда-
ряемому телу.
Из графика видно, что если масса ударяемого тера т мала по сравне-
нию с массой ударяющего М, то удар получается малоэффективным,
так как на измельчение расходуется только незначительная часть
энергии молотка. Такой случай мы имеем при свободном ударе по зерну
влет в молотковых дробилках сельскохозяйственного назначения.
Следует отметить, что работа деформаций, найденная по формуле
(72), представляет максимальное значение работы, которая может
быть израсходована на измельчение, так как она вычислена для совер-
шенно неупругого удара. В действительности же, как показал в своих
исследованиях В. И. Сыроватка, зерно и другие виды кормов обладают
Упругими свойствами, которые характеризуются коэффициентом /гупр
восстановления. В этом случае работа деформаций определится из
127
выражения
Лдеф = (1 - *упр) Мт (им - у3)2/[2 (М + т)]. (73)
Если, как и ранее, пренебречь начальной скоростью зерна и учесть,
что его масса относительно мала, то окончательное выражение для
работы деформации с учетом упругих свойств материала примет вид
^деф= (1 &упр) той/2. (74)
По опытным данным, для зерна средней сухости коэффициент
восстановления &упр = 0,3 — 0,4. Следовательно, если учесть упру-
гие свойства зерна, то при свободном ударе кинетическая энергия,
расходуемая на разрушение, составляет лишь 84—91% от ее макси-
мального значения.
Рис. 69. Потребное число ударов молотка для разрушения зерна в зависимости от
скорости удара (а) и изменение степени измельчения зерна в зависимости от числа
ударов Куд (б):
1 — дробилка ДМК-0,1; 2 — центробежная дробилка
Нельзя смешивать работу Лдеф деформаций с той работой, которую
фактически требуется затратить, чтобы разрушить материал. Число
ударов, необходимое для разрушения материала, зависит от его проч-
ности. Так, по опытным данным, для измельчения зерен ячменя до
средней крупности требуется нанести по зерну до 30—40 ударов
влет при им = 42 м/с.
График, полученный расчетным путем (рис. 69, а), показывает,
какое число ударов требуется нанести по зерну для его разрушения
при разных скоростях соударений. Из графика (рис. 69, б) следует,
что степень измельчения материала увеличивается прямо пропорцио-
нально числу КуЛ ударов.
Работа деформации при ударе по с л о ю. Для
оценки механических и конструктивных факторов измельчения опре-
делим полезную работу, которую затрачивает барабан на удары по
128
циркулирующему в дробильной камере материалу массой Мл, который
измельчается за время t,
А деф. сл = (z/n/60) (Мц1£тн/2), (75)
где п — частота вращения, мин-1;
Уолн — скорость молотков относительно слоя, м/с.
Если величину загрузки М3 выразить через конструктивные раз-
меры камеры, то получим
Адеф. сл = znteDL/iCJIpp3^TH/120, (76)
где /—время пребывания материала в дробильной камере, с;
D и L — диаметр и длина барабана, м;
/1СЛ — толщина слоя, м;
р — плотность корма, кг/м3;
ц3 — массовая доля материала в слое, кг/кг.
Чтобы упростить выражение (76), введем коэффициент
ф = гн/л/1слрц3/120.
Тогда окончательное выражение для работы деформации при ударе
по слою будет иметь вид
Лдеф.сл = ф^Уотн. (77)
Следовательно, энергоемкость материала, циркулирующего*в ка-
мере, прямо пропорциональна квадрату относительной скорости ц0Тн
молотков и площади диаметрального сечения DL барабана, или (приб-
лиженно) дробильной камеры.
Помимо ударного воздействия молотки разрушают частицы мате-
риала истиранием. Затраты энергии на истирание можно учесть лишь
в грубом приближении, введя в расчет коэффициент /сл сопротивления
слоя материала продвижению его в зазоре между концами молотков
и решетом (коэффициент /сл по своей природе аналогичен коэффици-
енту /п подбоя, введенному акад. В. П. Горячкиным для определения
сопротивления деки при анализе работы молотильного барабана).
Энергия, отдаваемая барабаном дробилки на удары по слою и
истирание материала, может быть определена по формуле
А = фОЬ(1+/сл)у|тн, (78)
где ф и /сл — коэффициенты, определяемые опытным путем.
3.3.5. Скорость как фактор разрушения. При рассмотрении скорости
молотков как основного механического фактора в рабочем процессе
дробилки требуется разрешить два вопроса: 1) определить скорость,
необходимую для разрушения данного вида материала; 2) оценить
влияние рабочей (окружной) скорости молотков на другие показа-
тели режима и общую эффективность работы дробилки.
Разрушающая скорость при измельчении
зерна ударом. Рассмотрим сначала вопрос о разрушающей
скорости уразр применительно к условиям измельчения зерновых кор-
мов ударом. Разрабатывая теорию удара, акад. В. П. Горячкин [5]
использовал известную теорию контактных напряжений Герца и ре-
б С. В, Мельников 129
комендовал предельную скорость при продольном ударе стержня
определять по формуле __
f пред = Яразр Е/р/Е, (79)
где р — плотность, кг/м3;
Уе/р = с0 — скорость распространения упругих волн, м/с.
Из формулы (79) видно, что предельная скорость определяется
только физико-механическими свойствами материала. Однако, как
показали исследования, она не может быть использована в качестве
расчетной при определении разрушающей скорости.
В самом деле, по результатам статических испытаний прочностных
свойств зерен ячменя (см. раздел 2.2.2) можно принять: оразр — 7 МПа,
Е = 0,84 • 103 МПа и р = 1300 кг/м3.
Тогда
7.10е т <840-10“ 7.10з .1<——
упред — 840.10“ у 1300 ~ 840 И 0,64 — 6,7 М/С.
При этих данных предельная скорость, вычисленная по формуле
(79), составляет 6,7 м/с, что в 8—15 раз меньше значений рабочих ско-
ростей молотков в дробилках.
Такое большое расхождение между расчетными и действительными
значениями скоростей молотков объясняется тем, что теория Герца
рассматривает напряженные состоя-
ния тел лишь в пределах упругой об-
ласти и не касается явлений, проте-
кающих в материале за пределом уп-
ругости.
Для определения разрушающей
скорости удара при измельчении кор-
мов необходимо использовать волно-
вую теорию напряжений и динамиче-
ские характеристики их физико-меха-
нических свойств. Ранее (раздел 2.2.3)
было показано, что поведение мате-
риала при однократном нагружении
описывается диаграммой напряже-
ние — деформация (о — е). Однако в
условиях динамических нагрузок про-
цесс деформирования материала с
большей наглядностью описывается
Рис. 70. Экспериментальная дина-
мическая диаграмма е — ууд, ха-'
растеризующая зависимость разру-
шающих деформаций зерен ячменя
от скорости удара (по С. В. Мель-
никову)
диаграммой деформация — скорость удара, т. е. е —цуд. Из эксперимен-
тальной динамической диаграммы е — представленной на рис. 70,
следует, что величина пластической деформации зерна линейно зави-
сит от скорости удара; это вполне соответствует волновой теории на-
пряжений [64].
Зависимость е = f (ууд) описывается двухчленной формулой
X. А. Рахматулина [64]
(80)
130
где с0 и ci — скорость распространения волн соответственно упругих
и пластических деформаций;
Cs — деформация при достижении динамического предела
упругости (текучести);
е' — пластическая деформация.
Первый член этой формулы представляет собой максимально
допустимую скорость удара, при которой пластические деформации
еще не возникли, а напряжения достигли предела упругости. На ди-
аграмме прямая е = f (цуд) отсекает на оси абсцисс отрезок, представ-
ляющий в масштабе величину coes, равную, по В. П. Горячкину,
предельной скорости упред. По данным нашего графика, она оказалась
равной 8 м/с, т. е. близкой к той величине, которая получилась при
расчете по формуле (79). Таким образом, предельная скорость может
быть названа «разрушающей» только по отношению к нагруженным
элементам конструкций машин, в которых могут возникать недопу-
стимые деформации, если действительная скорость нагружения их
превысит значение цпред.
По результатам динамических испытаний зерен ячменя опреде-
лены: модули упругости — статический Е — 1000 МПа, динамический
Е = 1160 МПа; динамические пределы — текучести = 9—10 МПа,
прочности ов.д = 12—14 МПа; коэффициент динамичности кл =
= 1,6—2; скорость распространения упругих волн с0 = 800—1000 м/с.
Наличие численных значений прочностных характеристик мате-
риала и выражение X. А. Рахматулина для определения динамического
предела прочности [формула (8)] позволяют найти аналитическим
путем разрушающую скорость.
Предложенное нами выражение для разрушающей скорости цра3р,
при которой молоток дробилки способен разрушить зерно одним сво-
бодным ударом, имеет вид
азр = J/ ^д^разр In (fl/XjJ/p > (81)
где а — длина зерна, м;
Xi — длина недеформированной части зерна (оставшейся после
удара), м;
р — плотность зерна, кг/м3.
В качестве примера определим значение разрушающей скорости по формуле
(81) для зерен ячменя, если ара3р = 7 МПа; /гд = 1,8; ajxi =1,8; р = 1320 кг/м3.
При этих данных оразр = 75 м/с, что соответствует значениям разрушающей
скорости для зерна, найденным по результатам прямых измерений в опытах с бал-
листическим маятником.
Формула (81) позволяет глубже понять процесс деформирования
материала и обосновать выбор рабочей скорости молотков дробилки.
Отражая явления, протекающие в пластической области деформирова-
ния, она служит дополнением к формуле (79), в сочетании с которой
описывает весь процесс динамического деформирования материала.
Для стебельных кормов разрушающая скорость при поперечных
• ударах определяется по формуле (15); в среднем она равна половине
разрушающей скорости для зерновых кормов.
Б* 131
Рабочие скорости м о л о т к о в. Из анализа факторов,
влияющих на эффективность работы дробилки, следует, что для интен-
сификации процессов измельчения первостепенное значение имеют ра-
бочие скорости молотков. В современных конструкциях кормодроби-
лок скорости молотков находятся в пределах от 40 до 80 м/с, в дробил-
ках комбикормовых заводов — до 100 м/с и выше.
Чтобы получить в дробилке действительную скорость соударе-
ний молотков с частицами корма, равную разрушающей скорости
уразр [формула (81)], рабочую скорость молотков требуется назна-
чать выше, так как необходимо учесть скорость исл циркуляции коль-
цевого продуктово-воздушного слоя в камере.
Таким образом, скорость молотков может быть определена по
формуле
yM = yp.3P + ^. или = г?разр/(1 — рсл). (82)
где ₽сл = УслЧ = 0,4—0,5.
Как видно из формулы (82), для однократного разрушения зерна
скорость молотков должна быть выше разрушающей в 1,5—2 раза.
Однако из описания рабочего процесса дробилки известно, что в дей-
ствительности в камере имеет место многократное ударное воздей-
ствие молотков на материал, поэтому рабочие скорости их можно при-
нимать несколько меньшими.
Найдем связь между необходимой скоростью ууд соударений и
степенью Х3 измельчения зерна при многократном ударном воздей-
ствии. В формуле (81) выражение под логарифмом представляет от-
ношение длины а зерна к длине хх недеформированной части его.
Если длину зерна выразить через его эквивалентный диаметр [см.
формулу (21)], то можно записать а = 2,25 Da.
Длину хг недеформированной части зерна можно принять за опре-
деляющий размер частиц, получаемых в результате каждого одно-
• кратного удара, т. е. хх = dcp.
При таком допущении будет справедливо равенство
«/x1 = 2,25D3/dcp = 2,25X3, (83)
где Х3 — заданная степень измельчения зерна, т. е. основная харак-
теристика технологического процесса.
После потенцирования получим 1п 2,25 Z3 = 0,81 + 2,3 1g Х3.
Обозначим характеристику физико-механических свойств зерна
= £д<Гразр/Р- (84)
Тогда формула скорости при многократном воздействии может быть
представлена в виде
^уд = Уразр = Vk3 (0,81 + 2,31g Z3), (85)
где Оразр — разрушающая скорость при многократном воздействии
молотков на материал.
Для зерен ячменя k3 — 108 м2/с2. При этом число ударов гуд соот-
ветствующей интенсивности, которое требуется нанести по зерну для
132
получения заданной степени измельчения Х3, равно
гуд = а/(ц —Xj) = X3/(X3 — 0,445). (86)
Пример. Допустим, что необходимо получить степень измельчения Х„
соответствующую крупности частиц dcp = xi> за 5 ударов.. Тогда по формуле (83)
искомая степень измельчения составит X, = 0,55.
Подставляя полученное значение Х3 в формулу (85) и принимая для ячменя
k3 = 10s, найдем, что для измельчения зерна при пятикратном ударном воздей-
ствии потребуется иметь скорость соударений пуд = 48 м/с.
При этом, если принять Рсл = 0,4, то рабочая скорость молотков по формуле
(82) им — 80 м/с.
Рассмотренная методика определения разрушающей скорости для
измельчения зерновых [формула (81)] и стебельных [формула (15)1
Рис. 71. Влияние скорости мо-
лотков на удельный расход энер-
гии IFH3M (а), степень измельче-
ния X (б) и время t пребывания
материала в дробильной камере
(в) при размоле сухой сечки на
дробилке АВМ-0,4 (по С. В. Мель-
никову)
кормов дает научные обоснования для выбора рабочих скоростей
молотков при проектировании дробилок. При этом увязываются кине-
матические режимы машины с динамическими характеристиками проч-
ности перерабатываемого материала и основным технологическим пока-
зателем — степенью измельчения материала.
Вопрос о влиянии рабочей скорости молотков на эффективность
работы дробилки может быть правильно разрешен только при одновре-
менном изучении влияния на эффективность и ряда других факторов,
таких, как количество ударов (молотков, пакетов), их интенсивность
(работа деформации), время пребывания материала в камере (кинетика
измельчения), конструктивные параметры дробилки. При выборе
скорости молотков должна учитываться не только техническая целе-
сообразность, но и экономическая эффективность, так как с повышением
частоты вращения барабана затрата энергии на холостой ход возра-
стает в третьей степени (п3).
133
Наряду с этим, повышение скорости молотков наиболее сильное
влияние оказывает на интенсификацию диспергирования, вызывая
при этом переизмельчение части материала. На рис. 71 представлены
результаты опытов по измельчению сухой сечки на дробилке агрегата
ABM-0,4. С увеличением скорости молотков от 54,2 до 115 м/с удель-
ный расход энергии Ц7ИЗМ снизился на 21%, степень измельчения
возросла на 110%, мощность холостого хода увеличилась на 75%.
Исследованиями Ф. Г. Плохова установлено, что для увеличения
производительности дробилки, помимо скорости молотков, необходимо
привести в соответствие и величину
зазора между концами молотков и ре-
шетом. Зазор определяет собой вме-
стимость рабочей камеры, и если он
окажется недостаточным, то увеличе-
ние скорости молотков повлияет глав-
ным образом на степень измельчения.
Следовательно, при увеличении ско-
рости требуется увеличивать и зазор.
На графике (рис. 72) приведены
возможные значения угловой скоро-
сти молотков и диаметров барабана
при угловой скорости вала электро-
двигателей от 100 до 300 рад/с. Кон-
тур / на графике отмечает наиболее
вероятные параметры кормодробилок,
а контур II — дробилок агрегатов
травяной муки и комбикормовых за-
водов.
3.3.6. Динамика молотковых дро-
билок. Основные уравне-
ния. На примере теории молотиль-
ного барабана В. П. Горячкин пока-
зал, что при изучении динамики ма-
шины необходимо рассматривать связь
Рис. 72. Выбор диаметра барабана
дробилки в зависимости от приня-
той скорости молотков
между источником энергии (двига-
тель), работой самой машины и свойствами перерабатываемого материа-
ла. Эту связь он выразил в виде основных уравнений молотильного
барабана, которые в полной мере применимы и для анализа работы
дробильного барабана, если учесть его специфические особенности.
Основное уравнение барабана имеет вид
N = J2(i) dv/dt = /n't£/(l — fn),
(87)
где А/ — мощность двигателя, кВт;
Je — момент инерции барабана, кг -м2;
т' — секундная подача массы материала, кг/с;
vK — скорость молотков, м/с;
dco/d/— угловое ускорение, рад/с2;
— коэффициент «подбоя», или перетирания.
134
При холостом ходе дробилок энергия двигателя расходуется на
сообщение барабану ускорения и на преодоление вредных сопротив-
лений Lx
A/ = (Acodco/d/) + L1. (88)
Величина Lx оценивается выражением
£х = Лсо + Всо3,
где A w — расход энергии на трение в опорах, Вт;
Вы3 — расход на преодоление сопротивлений воздуха, Вт.
По данным проф. М. А. Пустыгина, для штифтовых молотильных
барабанов А = 3 Н -м, В — 48 -10-5 Н -м-с2. Экспериментальные
исследования показали, что этими значениями можно пользоваться
и при расчетах дробильных барабанов.
По данным Н. Р. Худайбердыева, для барабанов кормодробилок
угловое ускорение ех = dco/df = 10—17 рад/с2. Из уравнения (88)
следует, что энергия, затрачиваемая на рабочий процесс (на измель-
чение материала), составляет
^изм = dco/d/ = Pv№, (89)
где Р — суммарное окружное усилие барабана, затрачиваемое на
удары молотков по материалу и на перемещение продуктово-воз-
душного слоя.
Отсюда необходимый момент инерции барабана Jг = Na3a/((£xi(£>/<it).
Если учесть, что N„3U = qAa3tt, где q — подача, кг/с, а Аизм — работа
измельчения, определяемая по формуле (55), то выражение для
можно привести к виду
Л = ^Аизм/со, (90)
где kz — коэффициент пропорциональности (при угловых ускорениях
ех = 10 — 17 рад/с2 кг = 6 — 10).
Если сопротивление дек и решета оценить (по В. П. Горячкину)
величиной F = fnP, а суммарное окружное усилие Р = qvj{\ — f„),
то значение коэффициента /п можно найти по выражению
fn= 1 -[^/(^изм)]. (91)
По опытным данным, для молотковых дробилок fn = 0,8 — 0,9
при скорости молотков vM = 80 — 100 м/с.
Следующей, весьма важной, динамической характеристикой бара-
бана является степень неравномерности 6Ш его вращения, оцениваемая
относительным изменением угловой скорости
5ц>= (®max ®min)/WCp. (92)
Неравномерность вращения 6Ш барабана возникает вследствие
колебаний нагрузки Р, обусловленных непостоянством свойств мате-
риала и подачи его в машину. В расчетах допускают = 0,04 — 0,07.
До сих пор, рассматривая основное уравнение дробильного бара-
бана, мы принимали, что молотки закреплены на нем неподвижно,
135
т. е. не учитывали влияния шарнира в системе барабан — молоток.
Между тем назначение и роль шарнирной подвески молотков в дина-
мике дробилок до последнего времени недостаточно изучена и требует
специального рассмотрения. Такая задача имеет важное практическое
значение, так как касается создания условий для повышения общей
устойчивости движения динамической системы.
При шарнирной подвеске молотков тормозящее действие внешних
рабочих сопротивлений частично передается на вал барабана, а ча-
стично компенсируется уменьшением его момента инерции, обуслов-
ленным отклонением молотков от радиального положения. Из этого
следует, что в общем случае у барабанов с шарнирно-подвешенными
рабочими органами может иметь место неравномерность хода двоя-
кого рода — как вследствие изменения угловой скорости (6Ш), так и
в результате изменений момента инерции барабана (6г), которую
можно определить по формуле
6г = (/щах—/min)//cp* (93)
Динамическая система барабан — молоток.
Дробильный барабан с шарнирно-подвешеиными молотками представ-
Рис. 73. Схема работы мо-
лотка как физического маят-
ника с трением в шарнире
ляет собой не жесткую, а квазиупругую ди-
намическую систему, обладающую «подат-
ливостью» звеньев, так как молотки имеют
две степени свободы. Поэтому дальнейшее
изучение вопросов динамики молотковой
дробилки будем вести с учетом этой прин-
ципиальной особенности конструкции, т. е.
шарнирной подвески молотков.
Опираясь на теорию физического маят-
ника, акад. В. П. Горячкин [5] разрабо-
тал учение о работе ручных орудий при
эксцентричном ударе и определил условия,
при которых ударные импульсы от мотыги
не передаются на руки рабочего. Шар-
нирно-подвешенный молоток дробилки ра-
ботает по принципу физического маятника,
прикрепленного к быстровращающемуся
диску барабана (рис. 73). Отличие состоит в том, что молоток рабо-
тает в поле центробежной силы переносного вращательного движе-
ния, которая и является восстанавливающей силой.
Анализ относительного движения молотка, выполненный на осно-
вании известной в механике теоремы Гюйгенса, показал, что реакция
от ударных импульсов не будет передаваться от молотка на палец,
а через него — и на подшипники вала барабана дробилки, если центр
удара совпадает с центром качаний. Если учесть, что удары по мате-
риалу молоток наносит своим внешним концом, то с небольшой по-
грешностью за центр удара можно принять точку пересечения про-
дольной осевой линии молотка с его внешней гранью.
136
Для того чтобы центр качаний молотка совпал с этой точкой (центр
удара), необходимо выполнить условие
tf = cl, (94)
т. е. квадрат радиуса р0 инерции молотка относительно оси подвеса
должен быть равен произведению расстояния с от оси подвеса до
центра тяжести на расстояние I от оси подвеса до конца молотка.
Нетрудно понять, что величина I в формуле (94) представляет собой
приведенную длину маятника.
Молотки, размеры которых удовлетворяют этому условию, назы-
ваются «уравновешенными» на удар. Проф. М. М. Гернет доказал, что
при таких размерах реакции ударных импульсов не передаются на
опоры вала барабана дробилки, и этим обеспечиваются более благо-
приятные условия работы подшипников вала.
Следующим, весьма важным, вопросом динамики дробилки явля-
ется вопрос об устойчивости движения молотков в их относительном
движении.
В общем случае устойчивость движения молотка дробилки в зна-
чительной мере зависит от соотношения размеров и I, а также
массы молотка и угловой скорости вращения барабана.
Сложное колебательное движение молотка описывается дифферен-
циальными уравнениями Лагранжа II рода, включающими обобщен-
ные координаты, скорости и силы, действующие в системе молоток —
барабан. Решение таких уравнений связано с громоздкими вычисле-
ниями, поэтому здесь они не приводятся. Однако на основании данных
уравнений В. С. Панова показала, что задача об относительном дви-
жении молотков может быть решена с помощью известного в матема-
тике уравнения Матьё, представленного в виде
<Рс + (6 + е cos т) <рс = 0, (95)
где фс и т — независимые переменные;
6 и е — постоянные параметры уравнения.
Численные значения параметров зависят от конструктивных раз-
меров и режима работы дробилки 6, е = f (/?,„ с, I, Уср, со, М) (рис. 73).
Параметр е имеет малые значения и для кормодробилок может быть
найден по формуле е = g/lw2. Параметр б отражает влияние конструк-
тивных размеров и угловой скорости барабана и для кормодробилок
имеет численные значения 1 < б < 2.
На рис. 74 представлена карта устойчивости — специальный гра-
фик в координатах параметров е и б. На карте зоны устойчивого дви-
жения заштрихованы. Внутри этих зон любая точка позволяет найти
соответствующую пару значения е и б, по которым с помощью урав-
нения (95) можно отыскать конструктивные параметры дробилки.
Чтобы обеспечить устойчивость движения молотка, рекомендуется
подбирать размеры молотка (/) и диска барабана (Л?п) по условию
/?п = 2,25/ или /?п —4/. (95а)
В зависимости от выбора этих соотношений поведение динамической
системы барабан — молоток будет различным.
137
В заключение отметим, что единая взаимосвязанная динамическая
система барабан — молоток представляет собой двойной физический
маятник с трением в шарнирах. При этом первым маятником (круго-
вым, как у часов) является барабан, а вторым — молоток, работаю-
щий в поле центробежных сил. Вал барабана с насаженными дисками
совершает свободные колебания с определенной собственной частотой,
обусловленной массой, а также упругими и демпфирующими свойст-
вами данной системы. Наряду со свободными барабан совершает также
вынужденные колебания, обусловленные колебаниями шарнирно-
подвешенных молотков.
Динамические режимы работы молотковой
дробилки. В результате исследований установлено, что для кор-
модробилок типичными являются три
режима, существенно отличающиеся друг
от друга по характеру воздействия ра-
бочих органов на материал.
1. Ударное разрушение материала
путем приложения мощных однократных
мгновенных импульсов при ударе молот-
ка по куску влет. Такой режим работы
наблюдается при измельчении крупно-
кускового материала, масса кусков ко-
торого соизмерима с массой молотка.
В динамическом отношении режим ха-
рактеризуется тем,что первичные удар-
ные импульсы отклоняют молоток от
радиального положения, но обратно он
может и не возвратиться, так как мо-
мент трения в шарнире, обусловленный
действием центробежной силы, удержи-
, вает его в отклоненном положении. По-
следующие удары по частицам корма
приведут к еще большему отклонению,
пока молоток не займет равновесного положения, в дальнейшем он
будет совершать апериодические колебания относительно этого рав-
новесного положения. После удара молоток совершает затухающие
колебания, что видно из осциллограммы на рис. 75, а.
2. Разрушение материала происходит при «растянутом» ударе,
продолжительностью на 1—2 порядка ниже первого режима. Такой
режим наблюдается при измельчении волокнистого, слабосвязанного
материала (листостебельная масса, солома), поддерживаемого при
входе в дробильную камеру неподвижными рабочими органами (деки,
рифли, контрмолотки). Здесь молоток также отклоняется от равно-
весного положения и после удара совершает затухающие, более
«вязкие», колебания.
3. Разрушение материала происходит в результате ударно-исти-
рающего воздействия рабочих органов при постоянном сопротивлении
кольцевого продуктово-воздушного слоя в камере дробилки. Такой
138
режим наблюдается при измельчении сыпучего материала, состоящего
из частиц с малой массой (зерно, сухая травяная сечка). Молоток,
преодолевая сопротивление циркулирующего слоя, занимает равно-
весное положение, отличное от радиального. Однако и в этом случае
имеют место колебания молотка с весьма малыми амплитудами (виб-
рации), обусловленные неоднородностью циркулирующего слоя (см.
осциллограммы на рис. 74, б).
Таким образом, все рассмотренные динамические режимы харак-
теризуются наличием колебаний молотков, но отличаются характером
сил сопротивлений.
Рис. 75. Осциллограммы колебаний молотка при однократных ударных импульсах
(а) и постоянном сопротивлении (б) продуктового слоя в камере (по С. В. Мельни-
кову):
1 — частота вращения барабана; 2 — колебания молотка
При первом и втором режимах рабочий цикл молотка, протекаю-
щий за время одного оборота барабана, состоит из двух качественно
различных фаз: 1) удара, во время которого действуют только мгно-
венные силы или импульсы (Д/уд = 6,5-10"5 с); 2) фазы после удара
или между ударами, когда действуют конечные внешние силы и силы
инерции. При составлении дифференциальных уравнений движения
требуется учитывать эти фазы.
Третий режим характеризуется наличием постоянного сопротив-
ления слоя, которое как постоянно действующая сила войдет в урав-
нение движения. О поведении системы барабан — молоток можно
судить по рис. 76.
Типы барабанов. Данные технической экспертизы бара-
банов ряда дробилок показывают, что при расчете и проектировании
дробилок следует учитывать наличие двух типов барабанов (рис. 77),
отличающихся соотношением размеров их диаметра D и длины L.
Эти соотношения колеблются в пределах
jfe1='£)/L = l-2 и &2 = D/L = 4 —7. (96)
139
Барабаны первого типа (рис. 77, а) имеют дробилки КДУ-2,
ДМ-400у, РБД-3000 и др. У таких барабанов до 50% их массы сосредо-
точено в пакетах молотков, пальцев и шайб — близко от оси враще-
град
71 об/мин
ния барабана, в результате чего осевой
момент инерции барабана относительно
невелик. В конструктивном отношении
эти барабаны характеризуются более вы-
сокой металлоемкостью.
Достоинством барабанов первого ти-
па является то, что они легче поддают-
ся динамическому уравновешиванию,
так как имеют почти равноосный эллип-
соид инерции, по форме близкий к ша-
ру. Известно, что если тело имеет рав-
ноосный эллипсоид инерции, то оно не
требует динамического уравновешива-
ния, так как в этом случае любая ось
симметрии (диаметр) является в то же
время и главной осью инерции. Следо-
Рис. 76. Зависимость угла фа отклонения молотка от частоты вращения барабана
при разном соотношении конструктивных параметров R и I (а) и осциллограмма
(б) поведения динамической системы барабан—молоток при R = 2,251 и п = 32 рад/с
(по В. С. Пановой):
I _ угол скручивания вала: 2 — угол отклонений молотка; 3 — частота вращения вала
вательно, для такого тела достаточно обеспечить только статическое
уравновешивание.
Барабаны второго типа (рис. 77, б) установлены на дробилках
ДМК-0,1, ДКУ-1 и др.
140
Масса молотков с пальцами и шайбами у этих барабанов состав-
ляет лишь 17—18% от всей массы барабана. Пакеты молотков удалены -
от оси вращения на значительное расстояние, в результате такие бара-
баны отличаются большими значениями осевых моментов инерции
и маховых моментов (GD2).
Барабаны второго типа имеют двухосные эллипсоиды инерции,
сплюснутые в плоскости вращения. Отношение большой полуоси эллип-
соида к малой составляет около 1,6. В конструктивном исполнении
эти барабаны оказываются менее металлоемкими, но требуют тща-
тельной балансировки.
Рис. 77. Типы барабанов молотковых кормодробилок
Из анализа конструктивных параметров следует, что выгодней
иметь короткие молотки, чем длинные и массивные (как у АВМ-0,4),
и это еще раз указывает на преимущества барабанов первого типа.
3.3.7. Расчет молотковых дробилок. Основными параметрами бара-
бана дробилки, которые подлежат расчету, являются: размеры бара-
бана, показатели кинематического режима, размеры молотков и поря-
док их размещения, а также энергетические и технико-экономические
показатели.
Исходными данными, задаваемыми при проектировании, должны
быть: производительность дробилки, потребная степень измельчения
материала, а также характеристика его физико-механических свойств.
Основные размеры барабана. Чтобы определить рас-
четную производительность дробилки, необходимо вначале найти ос-
новные размеры барабана — диаметр D и длину L. Связь между раз-
мерами барабана и заданной производительностью выразим через по-
казатель q' [кг/(с -м2)1 удельной нагрузки. Удельной нагрузкой дро-
билки будем называть отношение секундной расчетной производитель-
ности qp к площади диаметральной проекции DL барабана, т. е. q' —
= <?₽/(£>£)-
141
Показателем DL пользуются при расчете семейств дробилок, вклю-
чающих ряд типоразмеров.
В существующих кормодробилках величина удельной нагрузки
q' = 2 — 3 кг/(с -м2) при скоростях молотков 45—55 м/с или q' =
= 3—6 кг/(с -м2) при ум = 70—80 м/с и средней крупности дерти
(решето в камере с отверстиями 0 6 мм).
Из условия (96) следует, что длина барабана L = D/k. Учитывая
это равенство, найдем диаметр барабана
D — Vkq/q', или D — A^q. (97)
Значения коэффициента А находятся в пределах для барабанов:
первого типа = 0,7—0,9; второго типа Д2 = 1—1,9.
Размеры и число молотков. В общем случае молоток
любой формы не будет передавать удары на ось подвеса, если выпол-
нено условие (94).
Для пластинчатых молотков прямоугольной формы (см. рис. 36)
с одним отверстием расстояние с определяется по формуле
с = (а2-\-Ь2)/(6а), (98)
где а — длина, м;
b — ширина молотка, м.
Для молотков такой же формы, но с двумя отверстиями диаметром d
это расстояние равно
с = - (Л/2) + К(Д2/4) + В, (99)
где А = Ia2b/(nd2)] — (а/2); В — [ab (а2 + Ь2)/(6зт<7)] — (d2/8).
Кроме того, движение молотка будет устойчивым, если выполнено
условие (95).
Расчет уравновешенных на удар молотков и дисков барабана
производят в таком порядке. Сначала определяют размеры I и Рп
по формуле (95а) и найденному ранее [формула (97)] диаметру D бара-
бана. Так как Рп = (D/2) — I, то
4 4
I = НР/2)-/].
Отсюда I — 0,154 D и Рп = 0,346 D.
При диаметре барабана D <0,4 м значение I следует брать выше,
например I = 0,2 D, иначе молотки получаются недостаточной длины.
Длину а и ширину b молотка, уравновешенного на удар, ориен-
тировочно выбирают по соотношениям а = 1,5 I ~ 0,23 D и b —
= (0,4 — 0,5) а « 0,1 D.
Диаметр d отверстия под палец определяют из условий прочности
пальца и принимают равным 18—20 мм.
Окончательно размеры молотков принимаются с учетом требований
ГОСТа 8772—58 и результатов расчета на прочность.
Далее необходимо определить число г молотков, и наметить поря-
док размещения их на развертке барабана. При этом должны быть
учтены два основных требования.
142
1. Молотковое поле должно быть полностью перекрыто молотками
по ширине дробильной камеры. Примером такого решения может слу-
жить развертка барабана дробилки ДКУ-М. Однако у большинства
дробилок пространство, занимаемое дисками барабана, молотками не
перекрывается, в результате чего на развертке остаются узкие по-
лоски, свободные от следов молотков.
2. Порядок размещения молотков не должен нарушать условий
статической и динамической уравновешенности барабана. Данное
обстоятельство ограничивает число возможных вариантов схем раз-
вертки, поэтому часто применяют рядовое или шахматное размеще-
ние молотков на молотковом поле.
После выбора схемы развертки число г молотков определяют по
формуле
z = (L-AL)^/6, (100)
где L — длина барабана, м;
AL — суммарная толщина дисков, не перекрываемая молотками, м;
kz — число молотков, идущих по одному следу (kz = 1—6);
6 — толщина молотка, м.
С целью определения окончательных размеров всех деталей бара-
бана следует сделать расчет их на прочность.
Энергетические показатели. Распределение затрат
энергии по отдельным элементам рабочего процесса дробилки характе-
ризуется уравнением баланса мощности
+ + (Ю1)
где JVH3M — мощность, расходуемая непосредственно на разрушение
материала, Вт;
Na — мощность, расходуемая на создание циркуляции мате-
риала в камере, Вт;
Л/Хл — мощность холостого хода дробилки, Вт.
Расход мощности на преодоление полезных сопротивлений состав-
ляет
Л/изм = <7рЛизм, (Ю2)
где — заданная производительность дробилки, кг/с;
Лизм— работа, расходуемая на измельчение материала и опреде-
ляемая по формуле (55), Дж/кг.
Мощность Л/нзм может быть выражена через конструктивные пара-
метры дробилки; согласно уравнению (78)
А/цзм ~ t/ftyDL (1 + /c.i) y0TH. (103)
При э*гом производительность дробилки принимается пропорцио-
нальной площади диаметрального сечения DL дробилки.
Расход мощности на циркуляцию определяют следующим образом.
Барабан дробилки, создавая воздушный поток и обеспечивая цирку-
ляцию материала в камере, работает подобно вентилятору, у которого
в качестве лопастей служат молотки, навешанные на штыри. При
143
холостом ходе дробилки расход мощности NB на вентиляцию равен по
формуле
= Vm,
где kB — опытный коэффициент, учитывающий конструкцию и режим
работы данного вентилятора (ka = 0,05);
ом — окружная скорость по концам молотков, м/с.
При_ рабочем ходе дробилки расход мощности на вентиляцию
несколько возрастает, так как барабан (вентилятор) будет дополни-
тельно расходовать энергию на перемещение слоя материала. Увели-
чение расхода мощности учитывают, вводя коэффициент концентра-
ции материала рц (кг/кг).
При этом расход мощности на циркуляцию будет
^ц = ^в(1+КцНц)^, (104)
где Кц— кратность циркуляции материала.
Расход мощности ЛГХЛ на холостой ход в формуле (101) преду-
сматривает работу барабана со снятыми молотками, так как затрата
энергии на создание воздушного потока учтена вторым слагаемым
(Л/ц) этого выражения.
Однако из-за отсутствия экспериментальных данных при расче-
тах часто принимают расход мощности на холостой ход дробилки в раз-
мере 15—20% от Л/цзм, включая сюда и расход на вентиляцию.
С учетом этого замечания полный расход мощности составит
Л/= (1,15 — 1,2)Л/ИЗМ. (105)
Производительность дробилки. Расчетная се-
кундная производительность дробилки может быть определена в за-
висимости от конструктивных размеров барабана по следующей
формуле:
qp = nDLhznpPvJi, (106)
где/—продолжительность пребывания материала в камере, т. е.
время его обработки, с.
Числитель правой части уравнения представляет собой массу
циркулирующей загрузки, определенную ранее по формуле (63).
Из выражения (106) следует, что при выбранном режиме работы,
от которого зависят численные значения толщины /гсл циркулирую-
щего слоя и концентрации цц частиц в нем, производительность дро-
билки прямо пропорциональна площади DL диаметрального сечения
барабана. С учетом этого формулу для расчета производительности
молотковых кормодробилок можно представить в виде
<7P = 6H3MDL, (107)'
где kB3U — коэффициент пропорциональности, характеризующий вы-
ход готового продукта с 1 м2 площади диаметрального се-
чения камеры (&и3м = nhz„ ррц//), кг/(с -м2).
Для зерновых дробилок &113м = 2,4—2,6; для дробилок агрегатов
АВМ при измельчении сухой сечки &изм = 0,5—0,8.
144
Производительность молотковой дробилки на измельчении зерно-
вых кормов можно определить по эмпирической формуле
<7 = (2-8)10-6pD2L«>. (108)
Т ехнико-экономические показатели. Для срав-
нительной оценки проектируемой дробилки и выбора оптимальных
режимов работы важное значение имеет текнико-экономическая харак-
теристика машины. С этой целью определим показатели, которые мо-
гут быть использованы для общей оценки конструкции.
Энергоемкость Эя (квт -ч/т) процесса с учетом достигнутой сте-
пени измельчения
5H = ^H3M/QM ' (Ю9)
где Л/изм — мощность, расходуемая на измельчение (за вычетом потерь
холостого хода), кВт;
Q — производительность, т/ч;
А — степень измельчения.
Удельный расход энергии W (Дж/с) показывает, насколько полно
используется мощность установленного двигателя, и определяется по
формуле
^ = /Vnpilc/<7,
где Л/ПрНс — присоединенная мощность, кВт;
q — производительность дробилки, кг/с.
Общая эффективность Э (кг/Дж) работы дробилки оценивается
величиной удельной производительности, представляющей количество
готового продукта, получаемого с единицы установленной мощности,
Э = 9/^прис-
Таким образом, удельная производительность является обратной
величиной удельной энергоемкости.
Относительная механическая эффективность Э№ [т/(кВт -ч)] раз-
ных режимов измельчения или типов дробилок представляет собой
удельную производительность дробилки при данной степени измель-
чения и определяется по формуле
5M = QA//VH3B. (ПО)
3.4. ВАЛЬЦОВЫЕ МЕЛЬНИЦЫ
3.4.1. Устройство и работа вальцовых мельниц. В отличие от
дробилок мельницами называют группу измельчителей, в которых
подвижные и неподвижные поверхности рабочих органов соприка-
саются друг с другом, образуя через обрабатываемый материал жест-
кий контакт. Вальцовые мельницы, или станки, применяются в хозяй-
ствах южных районов наряду с молотковыми дробилками для размола
зерна в муку. Системой машин предусмотрено применение вальцовых
мельниц в поточных линиях кормоцехов и комбикормовых заводов.
145
Вальцовые мельницы различают: по числу пар вальцов — с одной
или двумя парами; по характерным размерам — диаметру и длине
вальцов. В зависимости от назначения применяют вальцы нарезные,
с рифленой, матовой (шероховатой) и гладкой (полированной) поверх-*
ностью. Рабочие органы — два цилиндрических вальца одинакового
диаметра, вращающиеся в противоположных направлениях навстречу
друг другу с различными или одинаковыми окружными скоростями. ;
Исключение составляют вальцедековые станки, у которых вместо вто-
рого вальца установлена дека.
Наиболее распространенными являются зерновые вальцовые мель-
ницы типа ЗМ, которые выпускаются в четырех модификациях, отли-
чающихся диаметром и длиной вальцов. В системе машин для живот-
новодства рекомендуется использовать мельницу марки ЗМ 25 X 80
с двумя парами вальцов 0 250 и длиной 800 мм. Зерновая мельница
(станок) ЗМ (рис. 78) состоит из станины, двух пар мелющих вальцов,
двух пар валиков питающего механизма, приводных и регулирующих
механизмов, щеток или ножей, очищающих вальцы, автомата гидроуп-
равления и сигнализации.
Две боковины /, соединенные стяжками 7 с угольниками и наклон-
ными стенками 2, образуют станину. Сверху станина прикрыта крыш-
кой, имеющей в середине цилиндрический раструб, в который вставлен
стеклянный приемный цилиндр (бункер) 12. Наклонные стенки ста-
нины имеют деревянную обшивку, предохраняющую от конденсации
влаги при размоле зерна повышенной влажности. Для наблюдения
за работой питающего механизма предусмотрены дверцы 9 и 20.
В средней части станины деревянные перегородки делят станок на
две самостоятельные части. Продолжением перегородки служит двух-
скатный зонт 6 аспирационной шахты 5 и стенки 4 выходного ко-
нуса.
В каждой половине станка расположено по паре мелющих вальцов:
нижний 3 — медленновращающийся и верхний 19 — быстровращаю-
щийся. Вал нижнего вальца установлен в подвижных подшипниках,
что позволяет с помощью штурвала 17 и привало-отвального вала 18
изменять зазор между мелющими вальцами.
Для очистки нарезных вальцов станки снабжены самоподжимными
щетками 8, а для очистки гладких вальцов — ножами 21.
Каждый быстр обращающийся валец 19 приводится в работу от сво-
его электродвигателя мощностью 10 кВт через плоскоременную пере-
дачу. Валец 3 получает вращение от вальца 19 через пару шестерен
с косыми зубьями.
Питающий механизм состоит из двух валиков: дозирующего 15
со шнеком 10 и распределительного 16. Подачу (питание) регулируют
перемещением секторной заслонки 14. Заслонку устанавливают вруч-
ную на подачу зерна тонким слоем (толщиной в 1—2 зерна), а в работе
она открывается и закрывается автоматически. На изменение подачи
реагирует датчик 13 (поплавок), пневматически связанный с механиз-
мом гидравлического управления. О нарушениях режима сигнализи-
рует красная лампа 11.
146
Мелющие вальцы изготовлены из закаленного чугуна и запрессо-
ваны с торцов стальными полуосями.
Вальцовый станок ЗМ имеет гидроавтомат, т. е. систему автома-
тического управления, которая осуществляет отвал мелющих вальцов,
закрытие заслонки и остановку питающих валиков. Эти операции
осуществляются одновременно, как только прекратится поступление
зерна в бункер 12 питающего механизма.
Гидроавтомат выполнен по схеме гидросистемы с дроссельным
регулированием. В качестве исполнительного механизма применен
147
шестеренный масляный насос в сочетании с плунжерным гидромо-
тором.
Система работает следующим образом. Зерно, поступая через бун-
кер 12, постепенно заполняет его и давит на ветви поплавка (датчика) 1
(рис. 79), подвешенного на системе рычагов 2, предварительно урав-
новешенных пружиной 20. При опускании поплавка ролик 6 также
опускается и нажимает на головку золотника-дросселя 7. Плунжер 8
золотника начинает перекрывать, отверстие 9, через которое проходит
масло от насоса; давление в системе повышается.
148
Насос приводится в работу от шкива 17 быстровращающегося вальца
через шкив 12 и зубчатую передачу 11. Масло поступает в канал А
плунжера 8 золотника под давлением 0,65—0,9 МПа и нажимает на
поршень 19, перемещая его слева направо. Это приводит к привалу
нижнего вальца. Шток поршня 19, соединенный шарниром 23 и винтом
28 с рычагом 29, управляет поворотом привально-отвального вала.
Одновременно с повышением давления масла плунжер 8 сжимает
пружину 10, опускается и своей кольцевой заточкой поворачивает
рычаг 21 и валик 22. При повороте валика 22 по часовой стрелке ры-
чаг 25 через винт 26 поворачивает секторную заслонку 24 против часо-
вой стрелки и открывает подачу зерна. При прохождении поршня/9
через среднее положение открывается доступ масла-(под давлением)
в канал Б, соединенный с гидромуфтой 18, включающей кулачковую
муфту 14 привода питающих валиков и шестерен 15, 16. При дальней-
шем перемещении поршня 19 (на схеме слева направо) шарнир 23,
винт 28 и рычаг 29 поворачивают привало-отвальный вал, на эксцен-
триковые пальцы которого свободно надеты концы тяг механизма
привало-отвала медленновращающегося вальца 32, в результате чего
зазор между вальцами уменьшается до рабочего значения.
Точная регулировка на параллельность осей мелющих вальцов
осуществляется рукояткой 30.
Если поступление зерна в питающий бункер прекращается, то
поплавок 1 поднимается, и золотник 7 дросселя занимает крайнее
верхнее положение. При этом открывается отверстие 9, давление
масла в системе падает до 0,22—0,25 МПа, поршень 19 под действием
пружины 27 и силы тяжести нижнего вальца перемещается справа
налево и быстровращающийся валец 31 отходит от вальца 32. Рычаг 25
прикрывает заслонку 24, контакт переключается с зеленой лампы
(работа) на красную (останов). Пружина 13 выключает кулачковую
муфту 14, так как давление в полости гидромуфты 18 падает. В ре-
Таблица 12. Техническая характеристика вальцовых мельниц
Показатели 3M 25x100 ЗМ 25x80 ЗМ 25x60 ЗМ 30X60 вмп
Размеры вальцов DxZ, мм 250x1000 250x800 250x600 300x600 185x400
Производительность одной пары вальцов на обойном помоле, кг/ч Предельно допустимая мощ- ность на одну пару валь- цов, кВт Частота вращения быстро- вращающегося вальца, об/мин: 2500 2000 1500 1500 1650
18 14 10 10 10
нарезного 430 430 430 380 960
гладкого 350 350 350 320 ——
Расход воздуха на аспира- цию, м3/с 0,17 0,17 0,3 0,13 —’
Масса, кг 3450 2950 2600 3050 1000
149
зультате питающие валики останавливаются. Следует учесть, что гид-
роавтомат не может работать при закрытой защелке 4, так как она пре-
пятствует повороту рычага 5, валика 3 и перемещению ролика 6.
Техническая характеристика вальцовых мельниц представлена
в табл. 12.
3.4.2. Основы теории вальцовых мельниц. Основной рабочий орган
мельниц — нарезные или гладкие вальцы, их рифли характеризуются
Рис. 80. Профиль (а), форма (б) и уклон (в)
рифлей вальцов;
— быстровращающегося вальца; — медлен-
но вращающегося
формой, уклоном, числом на едини-
цу длины окружности вальца и уг-
лом резания.
В поперечном сечении рифли имеют
две неравные грани: узкую — грань
острия (рис. 80, а) и широкую— грань
спинки. Угол у (рис. 80, б), заключен-
ный между этими гранями, называет-
ся углом заострения и по стандарту
принят равным 90°. Радиус, проведенный через вершину рифли,
делит стандартный угол заострения на два угла: а = 20° — угол
острия и 0 = 70°—угол спинки. Тупой угол ф, заключенный
между гранью рифли и касательной к цилиндру, проведенной через
вершину рифли, условно называют углом резания. В зависимости от
выбранного режима работы вальцов угол резания будет разным
(90 + а или 90 + 0).
На вершине рифли имеется площадка шириной S = 0,15 мм, необ-
ходимая для сохранения точной формы цилиндра после нарезки
вальца. Шаг t рифлей по окружности и их высота h связаны соотноше-
нием h = / sin 2а/2. Число пр рифлей на 1 см длины окружности со-
ставляет пр = 10//. На вальцах для грубого помола принимают
пр — 4 — 10, а на вымольных вальцах пр = 12—15.
Для устранения неравномерности нагрузки и вибрации вальцов
рифли наносят под некоторым углом 6 наклона к образующей цилин-
дра; при встрече они образуют угол % защемления. При этом 26 =
= % 2ф (ф — угол трения зерна о грань рифли).
150
Для кинетики измельчения важное значение имеет взаимное рас-
положение рифлей парноработающих вальцов. Из четырех возможных
вариантов на мельницах в нашей стране принято устанавливать вальцы
с рифлями в положения «острие по острию» или «спинка по спинке».
В первом случае имеет место наиболее интенсивное воздействие рифлей
на зерно (грубый помол), во втором — самое «мягкое». Типоразмеры
чугунных вальцов регламентированы ГОСТом 6284—52.
Наука о зерне и процессах его переработки создана пионером
отечественного мукомолья — проф. П. А, Афанасьевым (1883 г.) и
развита профессорами К. А. Зворыкиным и П. А. Козьминым.
Гладкие вальцы одинаковых диаметров вращаются с одинаковой
окружной скоростью и подвергают зерно деформации чистого сжатия.
Такие вальцы применяют в зерноплющилках. Нарезные вальцы имеют
также одинаковые диаметры, но вращаются с различными скоростями
и подвергают зерно сложной деформации — сжатию и сдвигу. При
этом в относительном движении рифли парноработающих вальцов дви-
жутся навстречу друг другу, в результате чего в рабочем зазоре и
происходит разрушение зерна.
Отношение окружной скорости v6 быстровращающегося вальца
к скорости цм медленновращающегося называется дифференциалом
скорости и обозначается через К- При этом К = 1.
Для нарезных вальцов принимают К = 1,5—2,5; для гладких
К — 1,25—1,5; для вальцов зерноплющилок К = 1.
Относительная скорость vo, характеризующая интенсивность воз-
действия рабочих органов на материал, определяется по следую-
щим выражениям
^ = ^-^ = ^[1 -(1/Ю]. или v0 = v№(K- 1)’. (Ill)
Средняя скорость v3 движения зерна в зоне измельчения с доста-
точной точностью может быть определена по формулам
v3 = (v6-vK)/2, или 0з = МК+ 1)/[2(К- 1)]. (112)
Из формулы (112) следует, что скорость продвижения материала
через зону измельчения зависит от относительной скорости нарезных
вальцов и дифференциала скорости.
Длина пути I обработки зерна в зоне измельчения может быть
найдена с учетом следующих соображений. Если зерно размером а
(рис. 81, а) коснулось вальцов в точках А и и с этого момента под-
вергается воздействию рифлей вплоть до прохода через рабочий
зазор А на линии центров OOlt то длина пути обработки будет равна
длине дуги АВ — А^у. Допуская небольшую погрешность, примем,
что дуга АВ равна стягивающей ее хорде, т. е. АВ АВ. Тогда из
подобия треугольников АВС и АВЕ следует, что ABIBC = BEIAB-,
отсюда (АВ)2 = (ВЕ)(ВС). Но BE ~ D, ВС = (а — А)/2, следова-
тельно, (АВ)2 = D (а — А)/2.
Окончательное выражение для длины пути обработки будет иметь
вид _________
l=VD (а — А)/2, (113)
151
где D — диаметр вальца;
а — размер зерна;
А — рабочий зазор между вальцами.
В существующих конструкциях вальцов длина I колеблется от 3
до 20 мм, а величина зазора А при обойном размоле зерна — от 0,5
до 1,5 мм.
Рис. 81. К расчету конструктивных
параметров вальцов
Зная длину пути обработки и среднюю скорость прохождения
частиц материала, можно найти время t пребывания их в зоне из-
мельчения
t = l/v3 = 2 ]Л)(а-Д)/2/(об - ум). (114)
При принятых размерах вальцов (ГОСТ 6284—52) и режимах
работы время t оказывается весьма незначительным и колеблется в пре-
делах (3,7—4,2) 10"3 с. Это свидетельствует о том, что разрушение
зерна вальцами носит ударный характер.
Кроме кинематических параметров режима работы вальцов (ско-
рость, длина пути обработки), на процесс измельчения также влияет
число воздействий рифлей быстровращающегося вальца на материал
во время его обработки.
Число zB воздействий может быть определено по формуле
100(об-c'Jtap, (115)
где пр — число рифлей на 1 см длины окружности вальца.
Если в формулу (115) подставить значение t из формулы (114)
и сделать некоторые преобразования, то
zB=100/np(/(-l)/(K+l). ’ (116)
Из этой формулы следует, что при постоянных I и п число воздей- .
ствий рифлей на материал зависит только от дифференциала К.
152
3.4.3. Расчет конструктивных параметров и технико-экономи-
ческих показателей вальцовых мельниц. Рассмотрим условия работы
двух горизонтально расположенных гладких вальцов с одинаковыми
диаметрами и окружными скоростями и определим угол а0 (рис. 81, б)
захвата зерна вальцами. Точки контакта А и частицы с поверхно-
стью вальцов соответствуют моменту начала процесса измельчения.
В этот момент частица давит на каждый валец с силой Р; следовательно,
с той же силой, но направленной в противоположную сторону, валец
воздействует на частицу.
Для этих условий определим максимально допустимый угол а0
захвата частицы вальцами. Составим уравнение равновесия сил, от-
нося все рассуждения к одной точке Л1 касания, так. как в силу сим-
метричности размеров в точке А будут действовать те же силы. Кроме
силы Р, в точке Л1 действует сила трения F =~- /Р (где f — коэффициент
трения).
Проектируя эти силы на вертикальную ось, можем записать урав-
нение равновесия
2Р sina0 — 2fP cosa0 — 0. (117)
Вертикальная составляющая Р sin a0 стремится вытолкнуть ча-
стицу из зазора, но составляющая силы трения fP cos a0 затягивает
частицу в зону измельчения. Чтобы частица была затянута в зазор,
необходимо выполнить условие 2Р sin a0 < 2fP cos a0. Отсюда
sin a0/cos a0 < f, или tg a0 < tg <p, где ф — угол трения частицы
о поверхность вальца.
Следовательно, угол захвата а0 должен быть меньше угла трения ср,
а максимально допустимый аотах равен углу трения.
Для вальцов с гладкими (полированными) поверхностями угол
трения зерна ф = 12°, с матовыми (шероховатыми) поверхностями
Ф = 15°.
Зависимость между размерами частиц а материала, диаметром D
вальцов и углом трения может быть определена следующим образом.
Из схемы (рис. 81, в) видно, что межцентровое расстояние О(\
равно: OOt = Ь -f- Д = 2R cos a0 + а.
Отсюда
D (1 — cos a0) = а — Д,
где а — размер частицы при входе;
Д — величина рабочего зазора.
Минимальный диаметр вальца определится по формуле Dmin =
= (а—Д)/(1 — cos a0). Но так как предельное значение угла а0
равно углу ф трения, то окончательно будем иметь
Dmin = (а — Д)/(1-COS ф). (118)
В существующих конструкциях мельниц диаметр D вальцов при-
нимают в пределах 250—350 мм, а в зерноплющилках D ~ 150—200 мм.
Теоретическая производительность одной пары вальцов опреде-
ляется с учетом того, что через рабочий зазор в единицу времени
153
проходит количество зерна, равное секундной производительности.
При этом производительность Q (кг/с) мельницы определится по фор-
муле
<2 = ДЛ^рф, (119)
где Д — средняя величина зазора в зоне измельчения, м;
L — длина вальцов, м;
— средняя скорость зерна в зоне измельчения, м/с;
р — плотность материала, кг/м3;
ф — коэффициент, учитывающий степень заполнения материалом
зоны измельчения (при размоле зерна ф = 0,1—0,2).
Раздел 4
МАШИНЫ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ГРУБЫХ
И СОЧНЫХ КОРМОВ
•
4.1. ТЕХНОЛОГИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ обработки грубых и СОЧ-
НЫХ КОРМОВ
4.1.1. Зоотехнические требования. К грубым кормам отно-
сятся: сено, солома, мякина, тростник, стебли кукурузы, шелуха
семян ряда культур и др.
Грубые корма являются необходимым компонентом рационов для
крупного рогатого скота, овец, лошадей, а после специальной под-
готовки в небольших дозах задаются также свиньям и птице. Они
содержат большое количество труднопереваримой клетчатки (до 40%),
вследствие чего являются весьма жесткими и без предварительной
подготовки плохо поедаются животными. Для повышения поедаемости
их подвергают механической и тепловой обработке. Биологические и
химические способы обработки грубых кормов позволяют повысить не
только поедаемость, но также переваримость и питательность.
Сено хорошего качества, отвечающее требованиям стандарта
(ГОСТ 4808—49), коровам и овцам может скармливаться без подго-
товки, но условия механизации раздачи кормов требуют их измель-
чения.
Солома, сено низкого качества и другие грубые корма подвер-
гают измельчению с целью повышения поедаемости и создания усло-
вий, необходимых для осуществления последующих технологических
операций.
При измельчении соломы и сена размер резки должен быть для
крупного рогатого скота 40—50 мм, лошадей — 30—40 мм, овец —
20—30 мм. Более мелкую резку (5—10 мм) готовят, если в дальнейшем
ее смешивают с сочными кормами.
154
При измельчении грубостебельных кормов (полынь и др.) для ка-
ракульских овец длина частиц должна быть 3—9 мм.
При производстве травяной муки для свиней и птицы высушенную
траву подвергают измельчению до размеров частиц менее 1 мм.
С целью повышения эффективности использования питательных
веществ грубых кормов соломенную или сенную резку смешивают с дру-
гими видами кормов (корнеплоды, силос, концентраты, кормовые
дрожжи и др.).
К сочным кормам относятся корнеплоды, картофель, зе-
леный корм, силос и пищевые отходы, содержащие до 75% очистков и
остатков картофеля.
Корнеплоды и картофель подвергают мойке, резке, и смешиванию.
Корнеплоды рекомендуется скармливать коровам в цельном виде
(кроме мелких), а свиньям и птице в измельченном. Толщина резки
корнеплодов при скармливании крупному рогатому скоту должна
быть 10—15 мм, телятам — 5—10 мм, свиньям — 5—10 мм, птице —
3—4 мм.
Картофель скармливают крупному рогатому скоту сырым в из-
мельченном виде, а свиньям — вареным в виде смеси с концентра-
тами и травяной мукой. Вареный картофель мнут на картофелемялке.
Размеры неразрушенных частиц не должны превышать 10 мм, и число
таких частиц допускается не более 5% от общей массы.
Все корнеклубнеплоды требуется готовить непосредственно перед
скармливанием (не ранее чем за 2 ч) во избежание порчи.
При приготовлении комбинированного силоса для свиней и птицы
корнеплоды и картофель силосуют в смеси с измельченными зелеными
кормами и травяной мукой. При этом картофель, как правило, пред-
варительно варят и мнут. Если же его силосуют в сыром виде, то из-
мельчают на частицы толщиной не более 5—7 мм. Для скармливания
поросятам корнеплоды и силос измельчают наиболее тонко, до полу-
чения пасты.
4.1.2. Физико-механические свойства грубых и сочных кормов.
К числу важнейших физических свойств кормов относится их плот-
Таблица 13. Физико-механические свойства стеблей и измельченной
массы силосуемых культур (по данным Н. Е. Резника)
Корм Диаметр стеблей на высоте среза, мм Высота стеб- лей, м Удельная работа реза- ния, Дж/м!-10’ Плотность измельченной зеленой массы, кг/м’ Угол естест- венного откоса неуплот- ненной массы, град
мин. макс. мин. макс. МИН. макс. неуп- лотнеи- ной уплот- нен- ной
Толстостебельные 15 50 1,0 5,0 5,9 23,6 350 475 55
Тонкостебельные 5 15 0,5 3,0 5,9 23,6 300 350 55
Травы 2 5 0,3 0,8 3,9 21,6 300 400 50
155
ность (кг/м3), показывающая, какое количество массы помещается
в единице объема.
Плотность стебельных кормов и корнеклубнеплодов зависит от
их влажности, ботанического состава травосмеси, кормовой культуры
и крупности частиц.
Характеристика физико-механических свойств кормов приведена
в табл. 13.
В табл. 14 приведены данные о выходе массы сухого корма из
1 т травы.
4.1.3. Технологические операции и линии приготовления грубых
и сочных кормов. Подготовку грубых кормов проводят по одной из
следующих схем: 1) измельчение -> смешивание; 2) измельчение ->
-> запаривание -> смешивание; 3) измельчение-> химическая обра-
Таблица 14. Выход сеиа или
травяной муки из 1 т травы
Начальная влажность травы, % Сено влаж- ностью 15%, т Мука влаж- ностью 10%, т
85 0,177 0,167
75 0,294 0,278
65 0,412 0,388
щелочами. В
южных
ботка -> запаривание —> смешива-
ние; 4) сушка -> измельчение в му-
ку -> дозирование -> смешивание;
5) сушка -> измельчение в муку ->
-> гранулирование.
Большое производственное зна-
чение имеет обработка соломы.
В северных и северо-западных райо-
нах страны солому измельчают
главным образом на соломосилосо-
резках. Полученную резку затем за-
паривают или обрабатывают изве-
районах широкое распространение по-
стью или
лучило измельчение соломы на специальном измельчителе ИГК-ЗОБ.
Обработку стебельных зеленых кормов ведут по одной из следую-
щих схем: 1) измельчение -> смешивание; 2) грубое измельчение
-> сушка -> тонкое измельчение в муку; 3) грубое измельчение ->
-> сушка -> тонкое измельчение -> гранулирование; 4) грубое измель-
чение -> сушка -> дозирование -> смешивание -> брикетирование (с
целью получения полнорационных брикетов).
При обработке корнеклубнеплодов применяют следующие схемы:
1) мойка; 2) мойка -> измельчение; 3) мойка -> измельчение -> дози-
рование -> смешивание; 4) мойка -> запаривание (варка) -> разми-
нание -> дозирование -> смешивание. Первые две схемы характерны
для кормоцехов на фермах крупного рогатого скота, если картофель
скармливают без запаривания. По третьей и четвертой схемам обраба-
тывают картофель, преимущественно на свинофермах.
Приведенные технологические схемы приготовления грубых и
сочных кормов являются наиболее распространенными, но они не ис-
черпывают всего многообразия применяемых технологий. Так, в сви-
новодстве при откорме на пищевых отходах готовят жидкие текучие
корма, и среди операций по подготовке их к скармливанию наиболее
важное значение имеют стерилизация и варка.
При выращивании молодняка требуется готовить заменители мо-
лока, в жидком или порошкообразном виде.
156
Весьма специфичные особенности имеет технология приготовления кормов для
пушных зверей, главным образом пастообразных мясо-рыбных фаршей. Последние
хотя и не относятся к сочным кормам, но будут рассмотрены в этом разделе, так
как применяемые средства механизации аналогичны.
Поточные линии обработки соломы и корнеплодов составляют
основу кормоцеха (рис. 82), разработанного УКРНИИГипросельхо-
зом (типовой проект № 814-1). Согласно схеме солома, расположенная
на площадке под навесом около кормоцеха, измельчается на измель-
чителе 7 (ИГК-ЗОА) и по трубе 6 подается в кормоцех. Проходя через
циклоны 5, соломенная дерть кольцевым оросителем смачивается водой
или известковым молоком и затем загружается в одну из запарных
камер 4 вместимостью 10 м3 каждая; после заполнения сюда подается
пар. Обработка паром ведется 2 ч, после этого солома выдерживается
Солома
Вода
Г~1
Концентраты £j~
77ft777777?77777777777?7777
10 Раствор
мочевины
Рис. 82. Конструктивно-тех-
нологическая схема кормо-
цеха для молочной фермы
(типовой проект № 814-1)
Л
°7
ТТ?/////////)
Силос
в течение 6—8 ч без подачи пара. Запаренная солома из камер выда-
ется на ленточный смесительный транспортер 8 для приготовления
кормовой смеси.
При другом варианте солому не запаривают, а только измельчают
и смешивают вручную с силосом (для увлажнения) на площадке под
навесом, затем ее загружают на транспортер 8.
Данным типовым проектом кормоцеха предусмотрена также поточ-
ная линия приготовления корнеплодов, созданная на базе измельчи-
теля сочных кормов ИКС-5М. Подвезенные к кормоцеху корнеплоды
скребковым транспортером 11 подаются в измельчитель 12, где моются
и тщательно измельчаются штифтовым барабаном. Измельченные
корнеплоды сбрасываются на наклонный скребковый транспортер 13
для последующего смешивания с запаренной соломой и концентрата-
ми. Производительность линии обработки корнеплодов 5 т/ч.
Запаренная солома из камер выдается на ленточный транспор-
тер 8. Сверху из бункера 3 через дозатор 2 солома посыпается концен-
тратами.
При перевалке с ленточного транспортера на наклонный транс-
портер 15 кормовая масса интенсивно перемешивается битером 1.
157
Здесь же из бака 9 насосом 10 в смесь вводится раствор мочевины,
и затем измельченные корнеплоды смешиваются с другими компонен-
тами. Полученная смесь выгружается в кормораздатчик 14 (КТУ-10).
Окончательное смешивание всех компонентов производится битерами
кормораздатчика 14 при раздаче корма в кормушки.
На рис. 83 показана конструктивно-технологическая схема кормо-
цеха для откормочной фермы крупного рогатого скота на 5 тыс. го-
лов. Проект разработан КазНИЙМЭСХом и Казгипросовхозводстроем;
в нем предусмотрено использование некоторых видов эксперимен-
тального оборудования [11]. В кормоцехе имеются поточные техно-
Рис. 83. Конструктивно-технологическая схема кормоцеха для откормочных ферм
логические линии: подготовки грубых кормов, подготовки стебельных
сочных кормов, приготовления концентрированных кормов, ввода
мелассы и микродобавок, а также линия смешивания и выдачи гото-
вых кормов.
Линия подготовки грубых кормов, подвозимых прицепами 1,
включает экспериментальные машины: питатель-дозатор 2 стебельных
кормов, электромагнитный сепаратор 3 и измельчитель 4 грубых кор-
мов.
В линию приема и подачи силоса также входит питатель-дозатор 2,
выдающий силос на сборный транспортер 18.
Линия приготовления концентрированных кормов- включает: пи-
тающий ленточный транспортер 8, автоматические весы 9 (дозатор
весового типа), вальцовый станок 10 (ВМП), норию 7 (НЦГ-10) со
шнеками 5, 6 и дозатор 17 дерти.
В линию приготовления раствора мелассы и карбамида входят:
весы 20, две дробилки 16 (БДМ), смеситель мелассы 19 (СМ-1,7) и
дозатор 15 (МТД-ЗА) для ввода мела и других нерастворимых добавок.
158
Линия смешивания состоит из сборного транспортера 18 и лопаст-
ного смесителя 14 непрерывного действия (2СМ-1), снабженного насо-
сом для подачи и разбрызгивания обогатительных растворов.
Линия выдачи готовой кормовой смеси включает наклонный
планчатый транспортер 13 и бункер 11 готовой смеси вместимостью
30 м3. Бункер 11 изготовлен на базе тракторного прицепа 2ПТС-4,
оборудованного'разгрузочным цепочно-планчатым транспортером. Вы-
дача готового корма производится в кормораздатчик 12.
4.2. МАШИНЫ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ СТЕБЕЛЬНЫХ КОРМОВ
4.2.1. Соломосилосорезки. Предназначены для измельчения сте-
бельных кормов резанием с получением резки длиной от 5 до 100 мм.
В зависимости от конструкции режущего аппарата соломосилосорезки
делятся на дисковые и барабанные.
Дисковые в свою очередь бывают
с прямолинейной или криволиней-
ной формой лезвия ножей. Лезвия
барабанных соломосилосорезок
представляют собой винтовую ли-
нию.
Соломосилосорезка РСС-6Б ста-
ционарная с приводом от электро-
двигателя (вариант РСС-6Б-1) или
навесная на трактор типа «Бела-
русь» (вариант РСС-6Б-П), пред-
назначена для измельчения грубых
или сочных зеленых кормов (трава,
силос). Подача стебельной массы к
режущему аппарату и отвод резки
осуществляются механическим пу-
тем.
Рис. 84. Схема соломосилосорезки
РСС-6Б-1:
/ — поворотный дефлектор; 2 — режущий
диск с лопастями; 3 — ножи; 4 — гре-
бенки с противорежущей пластиной; 5 —
прессующие вальцы; 6 — транспортеры
питателя; 7 — рама
Машина (рис. 84) состоит из
питающего механизма, режущего
аппарата дискового типа и венти-
лятор а -швырял ки с трубопроводом
и поворотным дефлектором 1. Ра-
ма 7 изготовлена в виде салазок,
позволяющих перемещать машину
на небольшие расстояния. Привод осуществляется от электродвига-
теля мощностью 17 кВт через клиноременную передачу или от МОМ
трактора «на прямую».
По мере продвижения слой измельчаемого корма захватывается
и предварительно уплотняется наклонным планчатым транспортером
6, затем спрессовывается рифлеными вальцами 5 и в сжатом состоя-
нии удерживается гребенками 4 при подводе его к лезвиям ножей 3.
Кроме того, гребенки, прочесывая слой вдоль стеблей, обеспечивают
159
перпендикулярность положения их относительно ножа и тем значи-
тельно повышают равномерность резки по длине частиц.
Основной рабочий орган соломосилосорезки — режущий аппарат —
имеет плоские ножи с прямыми лезвиями (рис. 85, тип V), расположен-
ные под углом к радиусу, и противорежущую пластину.
Ножи измельчителей (ГОСТ 441—71) изготовляют из высокоуглеродистой ста-
ли У9 (ГОСТ 1435—54) или из марганцовистой стали 65Г, 70Г (ГОСТ 1050—60)
с твердостью в зоне закалки HRC 50—55. Ножи типов V и VI должны изготовляться
из двухслойной стали или с напаянными пластинами из быстрорежущей стали Р9
нли Р18 (ГОСТ 9373-60).
160
Лезвия ножей заточены под углом 25°, угол заточки противоре-
жущей пластины 75°. Зазор между лезвиями ножей и противорежущей
пластиной должен быть не более 1 мм.
Кроме ножей, на диске 2 (см. рис. 84) закреплены три лопасти, ко-
торые выбрасывают резку из камеры режущего аппарата и создают
воздушный поток, достаточный для транспортирования корма на рас-
стояние 8—10 м. Машина имеет устройство для заточки ножей.
Степень измельчения, или крупность резки, регулируют измене-
нием числа ножей на диске (2, 3, 6), а также скорости движения питаю-
щего транспортера (при смене шестерен).
По результатам опытов [12] гранулометрический состав получае-
мой резки характеризуется данными, приведенными-в табл. 15.
Л-4 (повернуто)
Рис. 85. Ножи режущих аппаратов измельчителей стебельных кормов
6 С. В. Мельников 161
Таблица 15. Гранулометрический состав стебельных кормов»
измельченных на соломосилосорезке РСС-6Б
Показатели Солома пшеничная кукурузы Силос из овса гороха
Крупность резки, мм 20—40 До Ю До 15 До ю
Фракционный выход (%) при размерах частиц, мм: до 10 22 30 62 64
10—20 20 48 16 15
20—30 19 14 16 10
30—40 14 5 6 6
40—60 13 2 3 3
свыше 60 12 1 2 3
Более тонкое измельчение стебельных кормов можно получить на
универсальной дробилке КДУ-2 (табл. 16), оборудованной режущим
аппаратом барабанного типа.
Таблица 16. Фракционный выход сочных кормов»
измельченных на КДУ-2, %
Размеры частиц, мм Вико-овся- иая смесь Кукурузная масса Трава нз клевера Сахарная свекла, корнеплоды
До 5 27 23 33 90
5—10 25 22 40 5
10—20 20 32 17 3
20—30 13 10 5 2
30—60 9 И —.
Свыше 60 6 2 — —
4.2.2. Измельчители. Предназначены для более тонкого измель-
чения стебельных кормов по сравнению с соломосилосорезками и
представляют большую группу машин, использующих разные прин-
ципы действия.
Измельчитель кормов «Волгарь-5» (рис. 86) предназна-
чен для тонкого измельчения зеленой массы, силоса, корнеклубнепло-
дов и грубых кормов. Наиболее широкое применение находит в поточ-
ных линиях кормоцехов на свинофермах, где он используетея в соче-
тании с кормоприемником-питателем КП-10 и транспортером (уста-
новленным в приямке глубиной 120 мм), отводящим измельченный
корм.
Принципиальной особенностью измельчителя «Волгарь-5» является
наличие в нем двух измельчающих аппаратов, которые работают
последовательно; этим достигаются высокая степень измельчения и
более выровненный гранулометрический состав готового корма.
Основные части машины следующие: питающий механизм, состоя-
щий из подающего 1 (рис. 86) и нажимного 2 транспортеров; аппарат
162
Рис. 86. Схема измельчителя кормов «Вол-
гарь-5»
первичного резания, представляющий собой режущий барабан 4
с противорежущей пластиной 3; аппарат вторичного резания, со-
стоящий из шнека 6, а также подвижных и неподвижных ножей 7;
заточное устройство 5; рама с установленным на ней электродвига-
телем мощностью 22 кВт.
Аппарат вторичного резания имеет автоматическое устройство,
защищающее его от перегрузок.
Рабочий процесс измельчителя протекает следующим образом.
Подаваемый из кормоприемника-питателя корм располагается (или
укладывается вручную) ровным слоем на подающем транспортере 1,
уплотняется нажимным транспортером 2, а затем направляется в аппа-
рат первичного резания. Ножевой барабан 4 производит предвари-
тельное измельчение до разме-
ров частиц резки 20—80 мм.
Спиральные ножи барабана в
сечении имеют Г-образную фор-
му (см. рис. 85, тип VII), их
лезвия описывают окружность
0 450 мм. На барабане установ-
лено 6 ножей с углом заточки
35° 40' и углом подъема винто-
вой линии 70°. Угол заточки
противорежущей пластины 75°.
Зазор между лезвиями ножей и
противорежущей пластиной ус-
танавливают в пределах 0,5—
1 мм.
Измельченный режущим ба-
рабаном корм падает на шнек 6
(рис. 86) и направляется им в аппарат вторичного резания, состоя-
щий из 9 подвижных и 9 неподвижных ножей. Этот аппарат измель-
чает корм до фракции размерами 2—10 мм. Готовый корм выбрасы-
вается через нижнее окно 8 в корпусе измельчителя на транспортер,
расположенный в приямке 9.
Аппарат вторичного резания устроен следующим образом. В же-
лобе по всей ширине корпуса измельчителя расположен шнек 0 440 мм,
имеющий на концах консольные валы. На консольный вал со шпоноч-
ной канавкой со стороны выхода продукта надета втулка с шлицевой
наружной поверхностью. На шлицованную часть этой втулки надеты
чередующиеся подвижные (со шлицами) и неподвижные (без шлиц)
ножи. Последние своими наружными концами закреплены на неподвиж-
ных планках на корпусе.
Таким образом, многоножевой дисковый режущий аппарат щеле-
вого типа (рис. 87, а) осуществляет двухопорное резание ножами с П-
образной режущей кромкой и углами заточки, равными 90°. Этот
аппарат более энергоемкий по сравнению с соломосилосорезкой,
но он позволяет получить тонкое измельчение и более равномерный
гранулометрический состав частиц (табл. 17).
6*
163
Таблица 17. Гранулометрический состав стебельных кормов,
полученный на измельчителе «Волгарь-5» [12J
Показатели Фракционный выход, %
Зеленая масса Силос из травы Корне- плоды Солома
Куку- руза Клевер Разно- травье пшенич- ная овсяная
Размеры частиц, мм: До 5 33 58 14 34 25 47
5—10 33 27 12 30 40 84 31
10—20 21 12 18 30 25 «' 12
20-30 9 2 18 5 5 10 5
30- 60 4 1 23 1 3 5 5
Свыше 60 — — 15 — 2 1 1
В зависимости от назначения корма регулирование степени измель-
чения его производят перестановкой подвижных ножей или изменением
их числа в аппарате.
Для птицы требуется измельчать корм наиболее тонко. Первый
от шнека подвижный нож устанавливают так, чтобы между рабочей
кромкой его и отогнутой частью витка шне-
ка был угол в 9° (рис. 87, б). Угол отсчиты-
вают от витка шнека по ходу вращения.
При подготовке корма для свиней пер-
вый подвижный нож устанавливают так,
чтобы между лезвием и витком шнека по-
лучился угол 52° (рис. 87, в), считая от
витка шнека против направления враще-
ния.
Все последующие подвижные ножи в
обоих случаях устанавливают через 52° от
кромки первого ножа (поворачивают на 4
шлица против направления вращения) так,
что . концы ножей располагаются по спи-
рали.
При подготовке корма для крупного ро-
гатого скота аппарат вторичного резания
можно полностью убрать, тогда на выходе
будет получена резка с такими же разме-
рами частиц, как и после соломосилосо-
резки.
Для предотвращения поломок аппарата
вторичного резания в случаях попадания в
него камней, металлопримесей или при зна-
чительных перегрузках от забивания кор-
мом в машине имеется автомат отключения двигателя от электросети.
Механический автомат представляет собой замковое устройство, сбло-
Рис. 87. Схемы многоноже-
вого дискового режущего
аппарата щелевого типа (а)
и установки ножей (б, в):
б — для мелкого измельчения;
в — для среднего измельчения:
/ — кромка витка шнека; 2 —
лезвие ножа
кированное с путевым выключателем тока и установленное на конце
вала шнека.
Автомат состоит из двух поводков 1 и 9 (рис. 88), штуцера 4, в кото-
ром установлен замок 2 с пружиной 5, фиксированной шайбой 7 и
шплинтом 6. В рабочем положении пружина полностью сжата, палец 8
рычага замка входит в отверстие поводка 1 и фиксируется зубом повод-
ка 9. Поводки 1 и 9 соединены между собой срезной шпилькой.
При попадании в аппарат вторичного резания постороннего предмета
шпилька срезается, зуб поводка 9 выходит из зацепления с пальцем
замка, замок отбрасывается пружиной 5 по стрелке А и нажимает
на кнопку 3 путевого выключателя. В результате двигатель отключа-
ется от сети. После устранения причины остановки замок устанавли-
вают в рабочее положение вручную, зуб поводка 2 заводят снова в паз
пальца 8 рычага замка и ставят на место новую срезную шпильку.
Рис. 88. Автомат отключения измельчителя
от электросети в положениях:
а — включен; б — выключен
В порядке проведения технического обслуживания режущие ножи
периодически затачивают с помощью заточного приспособления, уста-
новленного на верхней крышке корпуса над режущим барабаном.
Завод рекомендует производить заточку при наработке ножей:
аппарата первичного резания — 200—250 т кормов; аппарата вто-
ричного резания — 100—150 т, т. е. чаще, чем первого.
Противорежущая пластина после переработки 500 т кормов пово-
рачивается к лезвию барабана другой стороной, а после переработки
1000 т затачивается с обеих сторон.
После каждой заточки производят регулировку зазора между
лезвиями режущих пар. Зазор между лезвиями ножей барабана и про-
тиворежущей пластиной (0,5—1 мм) регулируется путем смещения
барабана вместе с его подшипниками.
Зазоры между ножами аппарата вторичного резания устанавливают
регулировочными болтами в пределах 0,05—0,65 мм для шести первых
от опоры шнека подвижных и неподвижных ножей и в пределах 0,07—
0,7 мм — для трех пар последних ножей. Зазоры в указанных пределах
последовательно увеличиваются. Равномерность возрастания прове-
ряется щупом.
165
Заточку ножей режущего барабана производят в такой последо-
вательности: вынимают заслонку 5 (рис. 89, а); включают измель-
читель; вращая штурвал 2, подводят каретку 1 с сегментом 4 к
режущим кромкам спиральных ножей; перемещая возвратно-посту-
пательную каретку за тягу 6, производят заточку до получения
острых кромок.
Заточку ножей аппарата вторичного резания (рис. 89, б) производят
в следующей последовательности: снимают подвижные и неподвижные
ножи; отвертывают гайки-барашки 9; придвигают фрикционное кольцо
7 к торцу шкива 8 и снова закрепляют гайки-барашки; включают
измельчитель и, перемещая ножи по подручнику, последовательно
затачивают все ножи; отключают электродвигатель, отвертывают гайки-
барашки, перемещают фрикционное кольцо 7 в исходное положение;
устанавливают ножи на машину и производят регулировку зазоров.
Рис. 89. Заточное устройство:
а — заточка ножей режущего барабана; б — аппарата вторичного резання
Другие операции технического обслуживания (смазка подшипни-
ков, натяжение цепей и ремней, проверка креплений и т. д.) выпол-
няют согласно заводской инструкции.
Измельчитель грубых кормов ИГК-ЗОА (рис. 90)
предназначен для измельчения соломы и сухих стеблей кукурузы
с одновременным расщеплением частиц вдоль волокон. Привод осу-
ществляется ременной передачей от электродвигателя мощностью
20 кВт или от МОМ трактора.
Машина состоит из. рамы 2 (рис. 90, а) на салазках 5, приемной
камеры с приставным столом, питающего и измельчающего аппаратов,
отводящей гибкой трубы и работает следующим образом. Солому по-
дают на приемный стол и равномерно продвигают к питающему аппа-
рату в камеру 1. Вращающийся вал наклонными лопастями 3 и двумя
парами бил 4 продвигает корм к ротору измельчающего аппарата,
который работает по принципу дезинтегратора. Подвижный диск 6
и неподвижный 10 имеют штифты 9, расположенные по концентричес-
ким окружностям на периферии дисков. В поперечном сечении ротора
штифты по длине своими концами перекрывают друг друга так, что
неподвижные штифты входят в промежутки между подвижными.
166
В центре ротора на валу укреплен конус 7, направляющий подводи-
мый материал к периферии. Воздушный поток, создаваемый лопас-
тями 8, и возникающая центробежная сила отбрасывают материал
к зубьям, где он измельчается на частицы размерами до 10—30 мм
с расщеплением стеблей вдоль волокон. Измельченный продукт воз-
душным (Потоком отводится по трубе на расстояние до 20 м или может
быть поднят на высоту до 7 м.
На качество измельчения соломы влияет ее влажность: она не дол-
жна превышать 10%.
Измельчитель грубых кормов ИГК-ЗОБ (рис. 90, б) является модер-
низированной моделью измельчителя ИГК-30 и по сравнению с послед-
ним имеет большую производительность, измельчает солому повы-
шенной влажности (до 30%) и обеспечивает более высокое качество
измельчения. Измельчитель может применяться в поточных линиях
кормоцехов.
Машина состоит из рамы, питающего транспортера, измельчающего
аппарата, поворотного дефлектора и электродвигателя мощностью
30 кВт.
Питатель состоит из горизонтального 11 и наклонного уплотняю-
щего 10 транспортеров, обеспечивающих механизацию загрузки корма
в машину. Измельчающий аппарат штифтового типа. Штифты в попе-
речном сечении имеют клиновидную форму и установлены заостренной
гранью вперед по ходу движения, что позволяет осуществлять более
интенсивное рубящее действие.
167
Солома, подаваемая питающим транспортером 11 в приемную ка-
меру 9, подхватывается воздушным потоком и лопастями 3 ротора
направляется в камеру измельчения. Под действием воздушного по-
тока и центробежной силы солома проходит в промежутки между штиф-
тами 7 подвижного 4 и неподвижного 8 дисков, где она разрывается
на части и расщепляется вдоль волокон. Измельченный корм воздуш-
ным потоком и лопатками 1 выбрасывается через поворотный дефлек-
тор 6. Регулируемый козырек 5 позволяет получить поток частиц
более концентрированный, без разбрасывания. В нижней части прием-
ной камеры имеются отражатель 2 и окно для удаления тяжелых по-
сторонних включений.
4.3. ТЕОРИЯ РЕЗАНИЯ ЛЕЗВИЕМ
4.3.1. Основы теории резания лезвием. Режущий аппарат соломо-
силосорезок и универсальных дробилок работает по принципу ножниц,
захватывая перерезаемый материал в створ между двумя лезвиями:
лезвием ножа и рабочей кромкой противорежущей пластины.
Процесс резания стебельных кормов представляет собой частный
вид измельчения и потому подчинен общим законам разрушения мате-
риалов под действием внешних сил, превосходящих силы молекуляр-
ного сцепления. Однако этот процесс имеет свои специфические осо-
бенности, которые более полно отражаются в теории резания лезвием.
В теории измельчения резанием рассматриваются два комплекса
вопросов. Один из них включает вопросы, которые в совокупности
составляют содержание теории собственно процесса резания лезвием,
изучающей влияние различных факторов на величину сопротивлений
и энергоемкость процесса резания. Другой комплекс охватывает во-
просы, непосредственно связанные с изучением конструкции режущего
аппарата и динамики машины, а также другие вопросы, составляющие
содержание теории измельчителя того или иного типа.
Теорию резания лезвием разработал акад. В. П. Горячкин [5].
Дальнейшее развитие она получила в трудах акад. В. А. Желигов-
ского и проф. Н. Е. Резника [21], а также в работах других советских
ученых.
В зависимости от способа воздействия рабочего органа на материал
различают три способа резания: пуансоном (штамп), резцом (клин)
и лезвием (нож). При резании резцом рабочая кромка его непосред-
ственного воздействия на материал не оказывает. Резец (или лемех)
действует как клин, и давление со стороны обрабатываемого материала
сосредоточено главным образом на передней грани. Резание происходит
со снятием стружки.
При резании лезвием материал разрушается в основном под дей-
ствием давления непосредственно самой вершины двухгранного угла
рабочей части ножа, называемой лезвием. По линии контакта лезвия
со слоем перерезаемого материала возникают весьма высокие контакт-
ные (местные) нормальные разрушающие напряжения. В этом случае
грани клина, называемые фасками, существенного влияния на процесс
168
резания не оказывают, а сам процесс резания происходит без снятия
стружки.
Рабочий процесс перерезания ножом пучка или слоя стеблей состоит
из двух этапов: предварительного уплотнения и собственно резания
материала. На рис. 91, а начальная часть кривой Оа отражает процесс
сжатия стеблей, которое производит своим лезвием нож. Собственно
рабочий процесс режущей пары характеризуется волнистой кривой,
Рис. 91. Схемы процесса резания лезвием:
а ~ трез ~ f № 6 ~~ Двухопорное резание; в — типичные случаи в зависимости от угла сколь»
жения т; а — кинематическая трансформация угла V заточки
подъемы которой отмечают этап уплотнения материала ножом, а пони-
жения — этап перерезания стеблей. Из диаграммы следует, что реза-
ние лезвием может начаться только после того, как материал будет
уплотнен ножом до определенного предела. Это вполне соответствует
общим законам теории прочности. Можно отметить, что на участках
be, de и т. д. происходят упругие деформации, а на участках ab, cd
и т. д. — пластические, которые завершаются разрушением материала.
Сила сжатия, действующая со стороны ножа и способная возбу-
дить процесс резания, называется критической силой Ркр 1211. Вели-
169
чина критической силы (рис. 91, б) определится из выражения
Р.Р = Ррйз + Т1 + Т2 cosy, (120)
где Рре3 — сопротивление резанию лезвием, Н;
Т1 — сила трения, обусловленная действием бокового давления
Ро6ж, возникающего при внедрении клина в перерезаемый
слой (Tj = f Робж, где f — коэффициент трения), Н;
Т2 — сила трения на фаске ножа, обусловленная давлением со
стороны сдвигаемого материала (Т2 = fN = /7?cos(p), Н;
у — угол заточки, град.
Из трех составляющих критической силы наибольшее значение
имеет сопротивление резанию, величину которого проф. Н. Е. Резник
рекомендует определять по формуле
Ррез —6As(Tp, ' (121)
где б — толщина (острота) лезвия, мкм;
As — длина активной части лезвия, м;
ор — нормальные (контактные) разрушающие напряжения, воз-
никающие в перерезаемом слое, Па.
Из формул (120, 121) следует, что критическая сила Ркр зависит от
физико-механических свойств материала (Д ор), остроты б лезвия
и длины As активной части лезвия, непосредственно участвующей
в процессе резания в данный момент. Следовательно, при прочих рав-
ных условиях чем меньше угол заточки у (острее лезвие), тем мень-
шая критическая сила потребуется для возбуждения процесса ре-
зания.
Однако в общем случае процесс резания может протекать различно.
В связи с этим теория резания лезвием из всего многообразия выделяет
три характерных случая, или три вида, резания: нормальное, наклон-
ное и скользящее.
Отмеченные виды резания отличаются друг от друга величиной
угла т, заключенного между направлением движения рассматриваемой
точки лезвия и нормалью к лезвию, проходящей через эту точку.
Угол т называется углом скольжения.
Нормальное резание (1-й случай). Резание мате-
риала производится только нормальной силой (V (рис. 91, в) без боко-
вого перемещения ножа, т. е. без участия боковой силы. Имеет место
«рубка» материала. Угол скольжения т = 0.
Однако еще акад. В. П. Горячкин установил, что в процессе реза-
ния лезвием решающее значение имеет скользящее (боковое) движение
ножа, так как оно заметно понижает предел нормального давления на
материал, необходимого для возбуждения процесса резания, и обеспе-
чивает более чистый срез. Более легкое проникновение ножа в слой
материала при наличии бокового движения объясняется влиянием
ряда факторов, среди которых важнейшим является кинематическая
трансформация угла заточки лезвия (о чем будет сказано дальше).
Этому же способствует и перепиливающее действие неровностей (ми-
кровыступов) на лезвии ножа, которые всегда на нем имеются. Этими
170
неровностями нож захватывает волокна материала, й результате между
смещаемыми и соседними частицами возникают напряжения растяже-
ния или сдвига, для которых предел прочности меньше, чем при дефор-
мации сжатия, вызываемой действием нормального давления.
Наклонное резание (2-й случай). Кроме нормаль-
ного давления, имеет место и боковая сила, но она еще не может вызвать
скользящего движения частиц материала по лезвию, так как угол
скольжения меньше угла трения, т. е. О <; т ср. Резание также
производится только нормальным давлением, но с изменившимся углом
заточки. В этом случае наблюдается уменьшение потребного удельного
давления, что происходит вследствие уменьшения фактического угла
заточки при перемещении косопоставленного клина — лезвия
(рис. 91, г). Это явление открыто проф. Н. Е. Резником [211 и получило
название кинематической трансформации угла заточки.
Величина трансформированного угла у' заточки определяется по
формуле
tg / = tg у/]ЛТ+е2, (122)
где е — коэффициент скольжения. «
Степень влияния кинематической трансформации на условия реза-
ния оценивается коэффициентом Ккт кинематической трансформации,
которой определяется по формуле Ккт = (? — У1)/?-
Из формулы следует, что роль кинематической трансформации более
заметна для ножей с большими углами заточки.
Скользящее резание (3-й случай). Угол скольже-
ния больше угла трения (т^эср). Резание производится нормальным
давлением с участием боковой силы, которая в этом случае обусловли-
вает скользящее движение частиц материала вдоль по лезвию (или
лезвия по материалу). Вследствие недостаточности силы сцепления
(трения) частицы материала при перемещении отстают от бокового
движения ножа; возникшее относительное движение обеспечивает
перепиливающее действие микровыступов лезвия, вызывая тем самым
разрушение материала.
Из анализа условий резания лезвием следует, что для рабочего
процесса соломосилосорезок основное значение имеют такие параметры
режима, как нормальное давление ножа на материал, боковое сколь-
зящее движение ножа и кинематическая трансформация угла за-
точки.
Количественное соотношение между этими параметрами характе-
ризуется значениями коэффициента скольжения, коэффициента сколь-
зящего резания и коэффициента трансформации угла заточки.
Для выяснения природы отмеченных коэффициентов рассмотрим
схему действия сил со стороны ножа на материал. Пусть лезвие ab
(рис. 92) вращается с постоянной угловой скоростью w относительно
оси О и перерезает материал, расположенный в горловине ABDK-
Из схемы не трудно уяснить, что по мере перемещения лезвия точка с
приложения равнодействующей R сопротивлений будет перемещаться
в направлении от а к Ь, а радиус-вектор г будет увеличиваться от rmin
171
до rmax- Следовательно, даже при постоянной величине равнодейст-
вующей момент сопротивления резанию будет увеличиваться, обуслов-
ливая тем самым неравномерность нагрузки на вал машины.
Допустим, что в данный момент времени равнодействующая 7?
приложена к точке с и для ее преодоления требуется приложить со
стороны ножа равную ей и противоположно направленную силу Рр(:з,
составляющими которой являются окружное усилие Р, направленное
вниз, перпендикулярно радиусу-вектору г, и усилие Plt действующее
по направлению радиуса-вектора. При этом окружное усилие Р реза-
ния обеспечивает перемещение точки с ножа по ее круговой траектории
с с", а сила Рг сжимает стебли, пе-
редвигая их к боковой стенке BD
горловины. Угол между радиус-
вектором и лезвием ножа равен
углу скольжения.
Угол скольжения играет исклю-
чительно важную роль в процессе
резания, что вытекает из анализа
треугольника скоростей. Разложим
окружную скорость точки о, равную
vc = га> и отмечающую направле-
ние резания, на составляющие:
нормальную vn и касательную vt,
направленную вдоль полезвию (или
по касательной, если лезвие криво-
линейное).
Из схемы видно, что угол меж-
ду векторами ц. и vn равен углу т
скольжения. Таким образом, мож-
но дать определение, что углом
скольжения называется угол, расположенный между вектором окруж-
ной скорости рассматриваемой точки на лезвии и вектором нормальной
составляющей этой скорости.
Тангенс угла скольжения представляет отношение тангенциальной
составляющей скорости к нормальной составляющей. Это отношение
называют коэффициентом е скольжения.
е = tg т = vt/vn.
(123)
Величина коэффициента скольжения определяет долю участия
бокового скользящего движения ножа в общем процессе резания.
Снова вернемся к рассмотрению действующих сил (рис. 92). Для
этого равнодействующую сопротивлений R разложим на составляющие:
нормальную W к лезвию и касательную Т, направленную вдоль по
лезвию.
Сила R всегда отклонена от нормали на угол <р, равный углу трения
между лезвием ножа и материалом. Учитывая особую природу трения,
которое проявляется при перемещении частиц материалов по лезвию,
в теории резания принято называть этот угол углом скользящего
172
пезания, а отношение касательной силы Т к нормальной N — коэф-
фициентом скользящего резания.
Коэффициент f скользящего резания равен тангенсу угла ср, т. е.
f' = 77JV = tg<p. (124)
Важно отметить, что коэффициенты е и f зависят друг от друга.
При увеличении коэффициента е скольжения возрастает и коэффициент
f скользящего резания.
До сих пор мы рассматривали взаимодействие лишь лезвия ножа
с материалом. Для осуществления рабочего процесса резания по
принципу ножниц режущий аппарат дол-
жен иметь два лезвия, между которыми
должен надежно удерживаться мате-
риал.
Рассмотрим условия, при которых
будет обеспечено необходимое защемле-
ние материала (рис. 93), при этом угол %
между лезвием ножа и рабочей кромкой
(лезвием) противорежущей пластины бу-
дем называть углом раствора. Пусть
аналогичный углу трения угол скользя-
щего резания оказался как раз таким,
что равнодействующая R сил N и f'N
Рис. 93. Схема сил, действую-
щих на материал в момент на-
чала защемления
получила направление, перпендикуляр-
ное биссектрисе угла % раствора. Тогда можно написать %/2 = ф, или
X = 2ф. Это предельно допустимый угол раствора, так как при увели-
чении его проекция равнодействующей R на биссектрису уже не будет
равна нулю, а даст составляющую силу, направленную из раствора
лезвий наружу. Материал будет выталкиваться.
Следовательно, режущая пара защемляет материал, если угол
раствора равен или меньше двойного угла ф скользящего резания
(трения). При этом условии угол раствора будем называть углом
защемления.
В несимметричной режущей паре имеются два неодинаковых угла
скользящего резания: фх — угол скользящего резания лезвия ножа по
материалу и ф2 — угол скользящего резания материала по противо-
режущей кромке (или внутренний угол трения частиц материала
друг о друга при достаточно толстом слое). В этом случае, как показал
акад. М. В. Сабликов, полное защемление наступает при условии
X 2фппп.
(125)
Экспериментально установлено, что в дисковых соломосилосорез-
ках угол защемления лежит в пределах 40—50°, а в барабанных —
24—30°.
Удельное давление и удельная работа реза-
ния. Важнейшими параметрами режимов резания являются удельное
давление ножа и удельная работа резания.
173
Удельным Давлением называется нормальное усилие со стороны
ножа на материал, достаточное для возбуждения процесса резания и
отнесенное к единице длины нагруженного участка лезвия. Для случая
резания «рубкой», когда отсутствует скользящее движение ножа,
удельное давление будет иметь максимальную величину. Обозначим
его через q0 (Н/м), тогда q0 — N/&S.
Среди технологических факторов основное значение имеют физико-
механические свойства и влажность материала.
Так, при резании «рубкой» удельное давление для различных кор-
мов колеблется в пределах: для соломы — (5—12) -103 Н/м, травы —
(4—8)-103Н/м, листостебельной массы подсолнечника — (9—13) X
X 103 Н/м. Широкие колебания значений можно объяснить влиянием
влажности материала.
О 10 20 J0 40 505560 70
а Т град
Рис. 94. Изменение удельного давления q от угла скольжения (а) и нормального
давления а от коэффициента скольжения (б)
При наличии боковой силы Т и скользящего движения ножа потреб-
ное нормальное давление уменьшается. Чем больше проявляется
скользящее движение, т. е. чем больше угол т скольжения, тем мень-
шее нормальное давление требуется приложить, чтобы начался процесс
резания. Если удельное давление q0 при рубке принять за 100%, то
его величина при различных углах т может быть оценена по графику
(рис. 94, а).
К кинематическим факторам, влияющим на удельное давление,
следует отнести коэффициент скольжения и скорость резания.
Коэффициент е скольжения представляет отношение касательной
составляющей скорости резания к ее нормальной составляющей и,
таким образом, характеризует кинематический режим процесса реза-
ния.
По В. А. Зяблову, зависимость нормального давления от коэффи-
циента е скольжения характеризуется кривой, представленной на
рис. 94, б.
Среди динамических факторов важнейшее значение имеет скорость
резания. Скоростью резания называется скорость кромки лезвия в дан-
ной точке в направлении резания, т. е. в направлении, отклоненном
от нормали на угол т скольжения 121].
174
Применительно к условиям измельчения стебельных кормов ранее
была получена формула (15) для определения разрушающей скорости
при воздействии на стебель поперечным ударом (рис. 95, «), связы-
вающая деформацию стебля (излом) со скоростью удара.
Разрушение стебля поперечным ударом можно уподобить случаю
безопорного резания, когда единственным подпором является сила
инерции покоя. При измельчении резанием слоя стеблей подпором
являются противорежущая пластина и сам слой как совокупность
стеблей; здесь волновой процесс деформаций осложнен многими фак-
торами.
А-А
Рис. 95. Схема действия сил на нож копра
Исследованиями Н. Е. Резника установлено, что чем больше плот-
ность слоя под лезвием, тем меньшее давление требуется приложить
для возбуждения процесса резания. При сжатии слоя лезвием на пере-
мещения защемленных стеблей и преодоление сил внутреннего трения
затрачивается дополнительная работа.
При некоторых допущениях критическое усилие Ркр (Н) может
быть найдено из выражения
РКр = ^рез + с tg у, (126)
где с — размерный коэффициент, Н/см;
у — угол заточки, град.
Из формулы (121) следует, что при As = 1 удельное усилие реза-
ния Рре3.уд (кН/м) составит
Ррез. уд =
где 6 — острота лёзвия, мкм;
Ор — напряжение, Па.
175
С учетом размерностей в системе СИ это выражение запишется
так: Ррез | Н/м | = 6 | 10"4м | х <тр | Ю’Н/м2 | = 103 Н/м.
По экспериментальным данным Н. Е. Резника, при остроте лезвия
6 = КГ1 м (100 мкм) контактные разрушающие напряжения при реза-
нии стебельных кормов в слое изменяются от минимальных (9—21 МПа)
до максимальных (11,5—30,5 МПа) значений. При этих данных удель-
ное усилие резания получает те же числовые значения, но будет выра-
жено в кН/м.
Действительные значения удельного усилия резания определяют
экспериментально с помощью маятникового копра, схема которого
представлена на рис. 95, б.
Полная работа А, затраченная на процесс резания, определяется
по формуле
Л =/И (hi — hz) — MR (cos а2 — coso^), (127)
где M — масса всех деталей маятника, кг;
hi и ccj — высота (м) и угол (град) исходного положения маятника;
h2 и а2 — высота и угол взлета маятника после совершенной
работы;
R — расстояние от центра тяжести маятника (в сборе) до
оси его вращения, м.
Полная работа состоит из двух частей: Лсж — работы на сжатие
слоя и Лрез — работы резания на процесс разделения материала реза-
нием.
В результате эксперимента с копром получают диаграммы резания,
аналогичные диаграммам статического резания (см. рис. 36), но с боль-
шими значениями усилий.
Если полную работу разделить на всю высоту h усадки (длину
диаграммы по оси абсцисс), то мы получим среднее значение усилия
резания РрезХр = A/h.
Критическое усилие определится из выражения
Ape3/(h ^сж)’
где /1сж — усадка на участке сжатия.
Условно МОЖНО принять, ЧТО Ррез.ср ~ Ррез, т. е. для создания
разрушающих контактных напряжений достаточно воздействовать на
лезвие с усилием, величина которого оценивается средним усилием
резания, отнесенным к единице длины активной части лезвия.
По опытным данным Н. Е. Резника, Ррсз ~ (0,4—0,8) Ркр. Следо-
вательно, часть усилия, необходимая для предварительного сжатия <
слоя, составляет (0,6—0,2) Ркр.
В опытах по резанию на копре листостебельной массы кукурузы
установлено, что с увеличением скорости ножа сопротивление резанию с
и работа уменьшаются (рис. 96). Такая закономерность объясняется
повышением концентрации контактных напряжений непосредственно
под лезвием вследствие влияния возрастающей скорости распростране-
ния упругих и пластических волн в уплотненном слое стеблей.
По результатам экспериментов Н. Е. Резник разработал эмпири-
ческую формулу, позволяющую определить значение усилия резания
176
для заданной скорости
Ррез« 75-Ю-о.оо'29^ + 40. (128)
Оптимальной скоростью резания урез он считает скорость 35—
40 м/с- Это значительно выше рабочих скоростей современных режущих
аппаратов универсальных кормодробилок КДУ-2 (арез = 9 м/с) и даже
силосоуборочных комбайнов (арез = 32 м/с), но ниже значения разру-
Ррез *0
Дрез Дж
40-
20-
-0,9
-0,7
0,5
60
О 10 12 14 16 18 20 &М/С
Рис. 96. Зависимость работы Лрез
и усилия Ррез от скорости ножа
существенное влияние оказы-
2-Змм
&
4
а
тающей скорости при действии по-
перечного удара на единичный сте-
бель (аразр = 50—56 м/с). Если учесть
отмеченную выше роль уплотнения
слоя, приводящего к снижению по-
требного усилия резания, то можно
считать, что соотношения между
по (128) и аразр по (15) отражают объ-
ективные условия процесса резания
слоя.
Кроме свойств материала, значе-
ний угла скольжения и скорости ре-
зания на удельное усилие резания,
вают конструктивные параметры режущей пары и ее техническое
состояние в процессе эксплуатации. К таким параметрам относятся:
угол у заточки, острота лезвия б, угол а резания, угол р установки
ножа, а также зазор б3 между лез-
виями ножа и противорежущей
пластины (рис. 97).
Углом заточки называется угол,
образованный фасками лезвия у
его режущей кромки, измеряемый в
нормальной к лезвию плоскости.
Из формулы (120) видно, что угол
заточки непосредственно влияет на
величину сопротивлений резанию.
Острота лезвия оценивается
диаметром окружности (б0 = 2г),
вписанной в контур поперечного
сечения его кромки (рис. 97, а), и
является самостоятельным геомет-
рическим параметром лезвия, не
зависящим от угла заточки или
коэффициента f трения материала
о фаски лезвия. Острота лезвия считается достаточной, если находится
в пределах 20—40 мкм.
При затуплении лезвия в процессе эксплуатации допускается уве-
личение толщины лезвия до бтах = 100 мкм, после этого нож подлежит
перезаточке. Чтобы восстановить начальную остроту, необходимо
снять на заточном станке кольцевую полоску шириной Л. Ширина
стачиваемой части режущей кромки ножа Д = 6max/tgy.
<*
(3
\VSSWf
g •****
Рнс. 97. Схемы к обоснованию остро-
ты лезвия (а), угла установки ножа (б)
н зазора режущей пары (в)
5
177
Для соломосилосорезок принимают угол у заточки в пределах
12—22° (ГОСТ 441—58), следовательно, при заправке ножа ширина
стачиваемой части будет А = 250—500 мкм. При этом большие зна-
чения А относятся к дисковым ножам с криволинейными лезвиями
меньшие — с прямыми лезвиями. Нижний предел угла заточки обус-
ловлен прочностью материала, верхний — затратами на заточку.
Угол заточки непосредственно связан с углом а резания и углом р
установки ножа (рис. 97, б), величины которых выбираются с учетом
принятых размеров режущего аппарата и режимов его работы. В част-
ности, угол р установки должен быть таким, чтобы исключить трение
торцовой части перерезаемого пучка соломы, подаваемого питающими
вальцами машины.
Кроме вышеперечисленных, важнейшим параметром режима работы
соломосилосорезки является удельная работа Луд резания. Удельной
работой резания называется работа, затрачиваемая па перерезание
единицы площади поперечного сечения слоя стеблей (площади разреза).
Она равна произведению удельного давления q на коэффициент пропор-
циональности (1 + /'tgr), который В. П. Горячкин назвал характерис-
тикой ножа.
Таким образом, удельная работа равна
Лд = <7(1+Лб*). (129)
4.3.2. Теория режущего аппарата соломосилосорезки. Рациональ-
ная схема режущего аппарата должна отвечать трем основным требо-
ваниям: 1) минимальный расход энергии на работу резания; 2) доста-
точно равномерная нагрузка на вал машины на протяжении всего рабо-
чего цикла; 3) надежное защемление материала режущей парой по
всей рабочей длине лезвия.
Обобщение и систематизацию существующих конструктивно-тех-
нологических схем режущих аппаратов выполнил Н. Е. Резник и пред-
ставил в виде классификационной схемы, в которой за основные приз-
наки приняты вид движения лезвия и характер взаимодействия его
с обрабатываемым материалом, а также конструктивное оформление
рабочих органов.
В классификации (рис. 98) отмечены шесть классов (или типов)
режущих аппаратов, которые отличаются видом своего движения и
размещены в шести горизонтальных рядах. К ним относятся: плоско-
вращательные (/, 2,3 — номера на схеме), вращательно-цилиндричес-
кие (4, 5, 6), возвратно-поступательные (7, 8, 9), криволинейно-колеба-
тельные (10, 11, 12), плоскоколебательные (13, 14, 15) и плоскопосту-
пательные (16, 17, 18). Внутри каждого класса выделены группы
аппаратов, отличающиеся характером (видом) процесса резания (нор-
мальное, наклонное, скользящее). Эти группы сведены в вертикальные
колонки схемы. Конструктивные особенности аппаратов отражены
графически.
В. П. Горячкин, исследуя различные схемы режущих аппаратов
соломосилосорезок, установил, что на режимы резания влияют сле-
дующие основные конструктивные размеры (рис. 99): высота а и ши-
178
ина ь горловины, расстояние h от оси вращения до противорежущей
пластины, расстояние с от оси вращения до горловины по горизонтали,
вылет р ножа в аппаратах с прямолинейным лезвием.
Классификационная схема. режущих аппаратов
Классы Виды Разновидности
Вид рабочего движения Поверхность следа лезвия Нормальное резание Наклонное резание Скользящее резание
Плоскость
I
.21—\ Цилиндрич.
сь К
поверхность
Плоскость -
- Плоскость -
I Цилиндрич.
Кповерхность"
6g
о о
оэ с;
О г—1—
R-g - Плоскость -
§ <у --—____
Рис. 98. Классификация режущих аппаратов (по Н. Е. Резнику)
При выбранных размерах решающее значение имеет геометрическая
форма лезвия ножа, так как от нее зависят характер и пределы изме-
нений основных параметров режимов резания, к которым относятся:
угол т скольжения, угол % раствора, угол %30щ защемления, текущий
угол 0 радиуса-вектора, радиус-вектор г, угол ф поворота диска, а
179
также расстояния до рассматриваемой точки от оси вращения (и)
и от перпендикуляра, опущенного из центра вращения на продолжение
лезвия (v).
Напомним, что угол скольжения образуют радиус-вектор и лезвие
ножа (или касательная к криволинейному лезвию), а угол раствора_
лезвие и рабочая кромка противорежущей пластины. Угол хзащ защем-
ления есть частное значение угла раствора, отвечающее равенству
Хзащ ~ Ф1 + Фа ~ 2фт1п.
Рис. 99. Схема и конструктивные параметры режущего аппарата
Из рис. 99 следует, что основные размеры схем режущих аппаратов
связаны между собой соотношениями:
r2 = u2-j-h2; u = rcos(r — X); h = г sin (т — х) = «tg (т — х). (130)
Здесь высота h расположения горловины есть величина постоянная;
она принимается h = 0,5 р или h = 0,6 с.
Из анализа рабочего процесса соломосилосорезки вытекает, что
противорежущую пластину всегда выгоднее располагать ниже гори-
зонтального диаметра диска. Размеры горловины выбирают с учетом
заданной производительности и допустимого диаметра диска (маховика)
машины. По данным ВИСХОМа, эти размеры колеблются в пределах:
ширина горловины 300—450 мм, высота 100—300 мм.
Далее рассмотрим, какая из двух возможных схем режущего ап-
парата (с прямым или криволинейным лезвием ножа) в большей мере
отвечает ранее отмеченным требованиям.
Схема режущего аппарата с прямым лез-
вием ножа (рис. 100). Она характеризуется наличием вылета р
ножа, обеспечивающего возможность работы лезвия при скользящем
движении. Если лезвие расположить радиально, то оно будет резать
материал только «рубкой», что невыгодно в динамическом отношении.
Из схемы видно, что резание начинается в точке А и заканчивается
в точке D. При этом длина As линии разреза постоянно меняется.
180
На первом участке при проходе ножа от точки А до точки К (левый
обрез горловины) длина разреза быстро возрастает и равна Asj = a/sin/j.
На втором участке от точки /< до точки В (правый обрез горловины)
длина разреза меняется в небольших пределах и по величине равна
Д52 = a/sin/2-
На третьем участке от точки В до конца резания длина разреза
быстро уменьшается и равна As3 = (b + с— u)/cosy_s.
Из приведенных формул следует, что при выбранных размерах
горловины уменьшить длину разреза нельзя, так как она предопре-
делена прямолинейной формой лез-
вия. В этом случае выравнять на-
грузку на вал не удается. Неустра-
нимость этого недостатка прямоли-
нейного лезвия обусловлена быст-
рым уменьшением коэффициента
скольжения, что было показано
аналитически В. П. Горячкиным.
В самом деле, при установке
прямого ножа с вылетом относи-
тельно оси вращения окружную
скорость v = гео любой точки лез-
вия можно разложить на состав-
ляющие: нормальную v„ = rwcosT =
— vco и тангенциальную vt —
= riosinr = pco.
При повороте ножа нормальная
составляющая скорости растет по
закону прямой за счет увеличения
составляющая по величине остается постоянной, так как rsinr = р =
= const.
Следовательно, с увеличением радиус-вектора г соответственно
уменьшается угол т скольжения, а также коэффициент скольжения
е = tgr.
Рассмотрим бесконечно малый элемент траектории произвольной
точки i на лезвии при повороте ножа на угол de (рис. 101, а), в резуль-
тате чего радиус-вектор изменится на. величину dr.
Из рисунка видно, что коэффициент скольжения равен tgr =
= rdfi /dr.
Но так как tgr = vt/vn = rwsinT/(rwcosT), то tgx = rd 6 /dr =
= rcosinT/(rcocosT) = p/v = ctge.
Следовательно,
v tg т = p = const. (131)
Из формулы (131) следует, что с увеличением расстояния v коэф-
фициент скольжения уменьшается по закону равнобокой гиперболы,
и скользящее движение ножа резко убывает.
В. П. Горячкин показал, что недостатки, свойственные прямому
ножу, могут быть частично устранены, если применить нож с криво-
Рис. 100. Схема работы режущего ап-
парата с прямолинейным лезвием
В
А
V-tW
D
расстояния v, а тангенциальная
181
линейным лезвием. Наивыгоднейшей формой кривой для лезвия яв-
ляется архимедова спираль, и очень близко к ней находится дуга экс-
центрической окружности. Последняя и принята стандартом на но-
жи соломосилосорезок (ГОСТ 441—58) в качестве основной.
Схема режущего аппарата с криволинейным
лезвием. Рассмотрим схему режущего аппарата дисковой соло-
мосилосорезки с криволинейным лезвием, выполненным по форме
эксцентрической окружности.
Для этого возьмем две эксцентрично расположенные окружности
(рис. 101, б): одну радиусом Ro и другую радиусом Ro+e, где е —
эксцентриситет, и будем вращать эксцентрическую окружность ра-
диусом Ro вокруг центра О наружной окружности по часовой стрел-
ке. Тогда в качестве лезвия ножа можно использовать дугу 1—2, ко-
торая при своем перемещении захватит кольцо, образованное двумя
концентрическими окружностями: радиусом /?0+е, с наружной стороны
Рис. 101. Элементарная площадь разреза (а) и эксцентрическая окружность, ис-
пользуемая для очертания лезвия иожа (6)
и радиусом Ro — е с внутренней. Очевидно, что для перерезания слоя
стеблей горловину можно расположить только между этими двумя
окружностями, т. е. внутри кольца шириной, равной 2е.
Основным конструктивным параметром схемы режущего аппарата
с криволинейным лезвием является отношение эксцентриситета е к
радиусу Ro эксцентрической окружности, которое принимают в преде-
лах от 0,7 до 0,8. При этом основные размеры схемы рекомендуют
выбирать по соотношениям с> Ro — е; b sS 2е; h < с.
Выбор параметров режимов резания — угла т скольжения и угла
X раствора — производят с учетом следующих соображений.
Основное уравнение окружности с радиусом Ro и эксцентриситетом е
имеет вид
Ro = е2 + г2 —• 2er cos (е, г) — е2 + г2 + 2er cos 0,
Исследование этого уравнения показывает, что в качестве рабочего
участка для лезвия на эксцентрической окружности следует выбирать
участок, лежащий в пределах значений радиус-вектора от гтщ =
= VRo — е2 до гтах = Ro + е, т. е. участок кривой, соответствующий
182
текущим значениям угла 0 от 90 до 180°. С увеличением радиус-вектора
уГОл скольжения на участке будет увеличиваться от Tmin до ттах.
При этом минимальное значение коэффициента скольжения опре-
делится из выражения
= (132)
Следовательно, в отличие от прямого лезвия здесь с поворотом ножа
будет увеличиваться скользящее движение лезвия, что приведет к не-
которому уменьшению потребного нормального давления и позволит
несколько выравнять нагрузку на вал машины.
Кроме того, на этом участке по мере углубления ножа в материал
длина As разреза уменьшается, что способствует дополнительному
выравниванию нагрузки.
Угол раствора при повороте ножа возрастает и достигает своего
максимального значения к концу резания. Для защемления матери-
ала в этот момент требуется сохранить условие Хтах Хзащ — 2(рт}п.
С другой стороны, необходимо, чтобы угол скольжения на протя-
жении всего периода резания был бы больше соответствующего
угла скользящего резания. Следовательно, для конца резания это
требование будет определяться условием
Хшах ' Хзащ — 2<fmin Ттах. (133)
Наиболее экономичные режимы работы соломосилосорезки по-
лучаются (по Н. В. Сабликову) при углах т скольжения в интер-
вале от 20 до 60°.
Схема режущего аппарата барабанного ти-
па. Основными параметрами барабанного режущего аппарата яв-
ляются: высота h расположения горловины относительно оси вала
барабана и диаметр D измельчительного барабана.
Если рассматривать кинематику движения лезвия ножа бара-
бана в плоскости, перпендикулярной к плоскости резания подводи-
мого слоя стеблей, то можно обнаружить, что это движение анало-
гично движению планки мотовила зерноуборочной машины с той
лишь разницей, что в режущем аппарате поступательное движение
совершает не барабан (мотовило), а слой листостебельной массы.
Расположение горловины относительно оси вала барабана по вер-
тикали (рис. 102, а) обусловлено кинематическим режимом работы
аппарата и в данном случае, зависит от соотношения поступательной
скорости усл слоя стеблей и горизонтальной составляющей угор окруж-
ной скорости Уб барабана.
Из схемы (рис. 102, а) видно, что горизонтальная составляющая
скорости лезвия при повороте барабана на 90° изменяет свое значение
от —уб до 0 и при повороте еще на 90° от 0 до + уб. В то же время посту-
пательная скорость усл подачи слоя остается постоянной по величине
и направлению. При встрече лезвия со слоем в / квадранте частицы
слоя будут отталкиваться ножом, что препятствует поступлению
массы в барабан и нарушает процесс резания. При встрече во // квад-
ранте лезвие будет способствовать втягиванию слоя в зазор режущей
183
пары, обеспечивая этим более благоприятные условия работы аппарата.
Следовательно, подача материала к ножу должна осуществляться во
II квадранте барабана и именно около горизонтального диаметра
барабана, так как далее результирующая скорость его будет направ-
лена почти вдоль слоя и условия рабочего процесса будут нарушены.
В связи с этим горловину в данных аппаратах делают небольшой
высоты, и материал в барабан подают тонким слоем.
Н. Е. Резник 1211 рекомендует определять величину Л возвышения
оси вала барабана над противорежущей пластиной по формуле
Л = а + £>усл/(2Уб). (134)
где D — диаметр барабана;
а — толщина слоя, равная высоте горловины.
При этом рабочая кромка противорежущей пластины располагается
на окружности, описываемой лезвием ножа, и удалена от вертикаль-
ного диаметра барабана на расстояние
и = /i/(tg Фп),
где фп — угол, определяющий положение рабочей кромки относи-
тельно оси вращения барабана (sini|?n = 2й/О).
Режущий аппарат барабанного типа отличается простыми соот-
ношениями между основными параметрами режима его работы. Если
рассмотреть развертку барабана (рис. 102, б), то спиральное лезвие
ножа представится прямой линией, наклоненной к образующей ци-
линдра, описываемого этим лезвием, под углом % раствора.
В этом аппарате угол т скольжения равен углу раствора, и они
имеют постоянные значения (в пределах 24—30°).
184
При постоянном радиусе барабана нормальная составляющая
vn скорости резания также имеет постоянное значение.
Рабочий процесс за проход одного ножа характеризуется тем, что
нагруженный участок As лезвия изменяет свое значение: от точки 1 до
точки 2 он возрастает, затем до точки 3 сохраняет свое максимальное
значение и далее убывает до нуля. Характер изменения длины нагру-
женного участка графически можно представить в виде равносторонней
трапеции.
Изменение длины нагруженного участка вызывает пропорциональ-
ное ему изменение суммарного сопротивления резанию. Чтобы вырав-
нять нагрузку на вал, ножи на развертке барабана размещают с пере-
крытием. Перекрытие должно равняться толщине слоя, т. е. высоте
а горловины.
При этом длина дуги охвата, приходящейся на лезвие одного ножа,
определится по формуле
ЯбФ1 = (2лЯб - za)[z = l6 tg т, (135)
где А?б — радиус барабана; ' .
— угол охвата ножа;
г — число ножей;
1й — длина барабана;
а — высота горловины.
Основным параметром барабанного режущего
радиус /?б барабана, который мож-
но найти из формулы (135):2л/?б =
= z(/6tgr + а).
При значительной длине /б бара-
бана ее можно приравнять к шири-
не b горловины и тогда
/?6 = z(btgr + fl)/(2n). (136)
Число ножей принимают от 2
до 8 и обязательно четное — из
соображений балансировки.
При наличии больших динамиче-
ских преимуществ, обусловленных
равномерностью нагрузки на вал и
отсутствием необходимости иметь
аппарата является
Рис. 103. Схема сил, действующих на
материал в процессе резания
уравновешивающий маховик, барабанные аппараты не лишены недо-
статков. Необходимость подавать материал тонким слоем ограничи-
вает производительность машины. Кроме того, наличие спиральных
ножей вызывает заметное осевое усилие на вал, а изготовление ножей
и заточка их в процессе эксплуатации довольно сложны.
4.3.3. Динамика дисковых измельчителей. В результате изучения
различных схем режущих аппаратов мы выяснили, что в динами-
ческом отношении они весьма неравноценны, причем менее выгодное
положение занимают дисковые соломосилосорезки.
Рассмотрим схему сил, действующих со стороны лезвия ножа, на
материал (рис. 103).
185
Произвольное положение прямого лезвия или касательной к криво-
линейному лезвию определяется текущими значениями угла т сколь-
жения и радиус-вектора г. Если равнодействующая R сил сопротивле-
ния резанию приложена в точке К и отклонена от нормали на угол ф,
то для преодоления этого сопротивления со стороны ножа должна быть
приложена сила Ррез резания, равная и противоположно направлен-
ная равнодействующей R.
Разложим силу Ррез резания на нормальную составляющую N,
перпендикулярную к лезвию, и тангенциальную Т, направленную
вдоль по лезвию, и составим уравнение моментов относительно оси
вращения диска
Мрез = Nr cos т + Tr sin т.
Учитывая, что Т = f'N и N = qhs, и сделав соответствующие
преобразования, окончательное выражение для момента резания можно
записать в таком виде
Afpe3 = <7AsrcosT(l +/'tgr). (137)
Из формулы (137) видно, что момент резания зависит от многих
переменных параметров и за время прохода ножа изменяется по слож-
ному закону.
Полная сила резания может быть найдена из выражения
^рез = Afpe3//' = 9ASCOST(1 + f tg Т). (138)
Мощность, потребная на рабочий процесс резания, составит
Мрез = Mpe3W = ?AsC0COST(l +/' tgr).
Учитывая, что rcocos-t = v„, где vn есть нормальная составляющая
окружной скорости точки К, запишем
Mpe3 = 9Asy„(l+/'tgT). (139)
Ранее (129) было дано определение удельной работы Луд. Содержание
этого понятия будет раскрыто более полно, если учесть, что произве-
дение Адая представляет собой площадь разреза, пробегаемую'ножом
в единицу времени.
Из схемы на рис. 101, а видно, что dF — AsrdOcosr. С другой
стороны, нормальная составляющая vn скорости есть путь rd©cosr,
пробегаемый точкой К в единицу времени, т. е. vn = rdQcosr/d/.
Следовательно, произведение Asv„ = dF/dt.
Подставляя найденное значение Asv„ в формулу (139), найдем
MpC3 = <7(dF/d/)(l+ftgT), - (140)
т. е. требуемая на процесс резания мощность определяется удельным
давлением q, площадью разреза в единицу времени dF/di и характе-
ристикой ножа (1 + ftgr).
Из формулы (140) следует, что работа, затрачиваемая на единицу
площади разреза, равна
Луд = «7(1 + Пбт). (141)
186
Из формулы (141) видно, что удельная работа зависит не только
от удельного давления, но и от сочетания значений основных парамет-
ров режима резания: коэффициента скольжения tgx и коэффициента f
скользящего резания.
При резании «рубкой» угол скольжения х = 0, а удельная работа
численно равна удельному давлению q0 при размерности Дж/м2,
а не Н/м.
При резании со скольжением по мере увеличения коэффициента
tgx скольжения удельная работа должна также возрастать. Но при
этом удельное давление несколько уменьшается. Следовательно, ре-
зультирующая величина удельной работы Луд будет иметь какое-то
экстремальное значение, при котором на процесс резания потребуется
Рис. 104. Диаграмма моментов резания (а) и график изменения угловой скорости (б)
затратить минимум энергии. В соломосилосорезках такой минимум
наблюдается при углах х скольжения от 20 до 60°.
Пример диаграммы моментов резания приведен на рис. 104, а,
где по оси абсцисс отложен угол ф поворота ножа, а по оси ординат —
значения Л4рсз, найденные по формуле (137). Для построения такой
диаграммы предварительно требуется найти опытным путем для соот-
ветствующих углов поворота все величины, входящие в формулу
(137), т. е. длину As нагруженной части лезвия, радиус-вектор г,
угол скольжения х и удельное давление q, соответствующее данному
значению угла х. Естественно, что это можно выполнить только для
имеющейся конструкции соломосилосорезки, при проведении техни-
ческой экспертизы.
В нижней части диаграммы (рис. 104, б) представлен график изме-
нения угловой скорости в функции угла поворота, построенный по
экспериментальным данным. Из графика видно, что на участках,
где Д4рез превышает его среднее значение, угловая скорость умень-
шается, а на тех участках, где нагрузка на вал отсутствует или Л4рез <
< Мрез.ср, угловая скорость возрастает. Это объясняется тем, что
постоянный вращающий момент Л4вр двигателя оказывается или меньше
187
момента сопротивления резанию Мрез, или больше его. Отсюда следует
важный вывод для обоснования размеров маховика. В те моменты,
когда вращающий момент двигателя больше момента сопротивлений
или когда резания не происходит, маховик должен накопить такой
запас кинетической энергии, которого было бы достаточно для преодо-
ления сопротивлений слоя стеблей при Л4рез > Л4рез.ср. Этот запас
кинетической энергии маховика численно должен быть равен избы-
точной работе Лизб, которая определяется по формуле
изб </Wrnax/2 — </й)ср6ш, (142)
где J — момент инерции маховика;
®max, ®min и ®ср — наибольшее, наименьшее и среднее значения
угловой скорости диска соломосилосорезки;
бш — допустимая степень неравномерности враще-
ния по формуле (92).
Для приводных соломосилосорезок степень б неравномерности
допускают в пределах от 0,03 до 0,07 (3—7%), что обеспечивается рас-
четом момента инерции маховика (у РСС-6 — это крылач с ножами
плюс приводной шкив; у универсальных дробилок — дробильный
барабан).
При заданной степени неравномерности момент инерции маховика
определится по формуле
«7 = ДНЗб/(®Срб). (143)
Для того чтобы двигатель не испытывал перегрузки и рабочий
процесс машины был устойчивым, требуется выбирать вращающий
момент по соотношению
Л4вр = J dw/df, (144)
где dw/d/—угловое ускорение вала (для дисковых соломосилосоре-
зок dw/dZ = 10—30 рад/с2).
Следует заметить, что вращающий момент Л4вр по формуле (144)
обусловлен лишь полезным сопротивлением резания и не учитывает
затраты энергии на другие сопротивления.
Поток энергии от двигателя (источник энергии) через машину
(приемник энергии) к материалу (аккумулятор энергии) описывается
основным энергетическим уравнением, которое применительно к соло-
мосилосорезке и с учетом формул (140) и (142) будет иметь вид
Л\в = До dw/df = q(dF/dt) (1 +/' tgr). (145)
Однако при расчете потребной мощности двигателя на привод
соломосилосорезки необходимо учесть затрату энергии на уплотнение
слоя стеблей питающими вальцами механизма подачи и на преодоление
вредных сопротивлений трения в опорах и в передаточном механизме.
С учетом этого вращающий момент машины будет равен
Л4вр = Л4рез. ср -|- Л4Под Ч- Л4х.х» (146)
188
где Мпод — момент на валу диска соломосилосорезки, обусловленный
сопротивлением механизма подачи;
Мх.х — момент от сопротивлений холостого хода машины.
Исследованиями установлено, что соотношение отмеченных момен-
тов в среднем можно принять Л1рез гр: Л4П0Д : Л4Х Х = 3:1:1. Следо-
вательно, вращающий момент Л4вр 5Л4резср/3. При этом мощность
двигателя определится по формуле
Удв = Л4врсо = М „рЛП/30, (147)
где п — частота вращения вала соломосилосорезки, мин-1.
Теоретическая производительность соломосилосорезки определяется
по формуле
Q = ablzpnc^Q,16ablzp(a, - (148)
где z — число ножей (обычно z = 2—6);
р — плотность материала, подводимого питающими вальцами,
кг/м3;
пс — частота вращения диска (щ ж 0,16со,), с-1.
По результатам исследований значения плотности уплотненного
вальцами слоя можно принимать: для соломы— 120—160 кг/м3; для
зеленой массы — 350—500 кг/м3.
4.3.4. Построение схем режущих аппаратов. На основе работ
академиков В. П. Горячкина и В. А. Желиговского по теории резания
доц. М. П. Горбунов разработал методику графоаналитического расчета
режущего аппарата. Исходными данными являются производитель-
ность машины и длина резки (пределы).
Построение схемы режущего аппарата дисковой
соломосилосорезки с прямым лезвием ножа
(рис. 105) ведут в следующем порядке.
1. Произвольную точку О принимают за центр вращения диска.
Выбрав соответствующий масштаб, радиусом, равным вылету ножа
р = (100—120) мм, проводят окружность вылета ножа.
2. К полученной окружности из точки т на горизонтальном ди-
аметре проводят вверх вертикальную касательную.
3. Из центра О проводят вверх прямую под углом (90°—<р2) до
пересечения с касательной и отмечают точку В1. Угол (р2 скользящего
резания принимают в пределах 25—35°.
Полученный угол ОВ'т, образованный радиус-вектором OB' —
— /"max и касательной, является минимальным углом скольжения
Tmin, который в данном случае равен ср2. При этом по всей длине лезвия
будет обеспечено резание со скольжением, так как имеет место соотно-
шение т > Tmin.
4. Из центра О вращения проводят дугу радиусом OB’ = rmax
до пересечения с нижним обрезом горловины в точке D. Противорежу-
Щая Пластина в этих аппаратах обычно располагается ниже горизон-
тального диаметра диска на расстоянии h = 0,5 р, поэтому на таком
расстоянии от центра О следует провести горизонтальную прямую
189
FED до пересечения с дугой B'D окружности. Точка D одновременно
отмечает наружный конец противорежущей пластины.
5. Графическим построением определяют ширину b горловины.
Для этого из отрезка FD вычитают отрезок с — 1,2 р и отмечают
точку Е.
6. Определяют расчетную высоту ар горловины по заданной про-
изводительности соломосилосорезки, используя следующую формулу:
ар = <?/(0,16Wpzpo)), (149)
где /р — расчетная длина резки (в существующих соломосилосорезках
длина резки изменяется от 6 до 30 мм), м;
со — угловая скорость (в дисковых соломосилосорезках со = 35—
45 рад/с, в универсальных дробилках со = 100—150 рад/с).
Действительная высота горловины несколько отличается от рас-
четной, так как сверху она ограничена образующей подпружиненного
питающего вальца и зависит от толщины подаваемого слоя, т. е.
Рис. 105. Проектирование схемы режу-
щего аппарата с прямолинейным лезвием
иожа
(рис. 105): найти угол Р корректировки (Р =
равномерности подачи материа-
ла и силы натяжения пружи-
ны.
7. По полученным размерам
ар и b наносят контур горло-
вины ABDE и затем через точ-
ку А, отмечающую момент на-
чала резания, проводят каса-
тельную к окружности радиусом
р. Угол, образованный этой ка-
сательной и верхним обрезом АВ
горловины, есть максимальный
угол /max раствора. По усло-
виям защемления этот угол не
должен быть больше 2<prnin. Ес-
ли окажется, что ^тах > 2cpmin,
то следует произвести коррек-
тировку ножа.
Для корректировки ножа не-
обходимо выполнить следующее
Хтах — 2q?mln); провести
касательную к окружности вылета ножа с таким расчетом, чтобы между
нею и верхним обрезом горловины был отложен угол, равный 2cpmin
(в точке Л'); через найденную точку А' радиусом О А' из центра О
провести дугу А'К до пересечения с вертикальной касательной и сде-
лать засечку в точке К; от точки /< под углом р к вертикальной каса-
тельной провести вниз прямую KKi и использовать ее для построения
корректированной части лезвия (длина прямой ККг должна быть на
10—20 мм больше отрезка АА').
8. Последовательным построением через интервалы угла Дф пово-
рота диска (10°) находят соответствующее положение лезвия на кон-
туре горловины до окончания процесса резания. Для каждого из этих
190
аппарата с криволинейным лезвием
положений графически определяют значения г, As, т, %. Затем, врбрав
закон изменения удельного давления q от угла скольжения (например,
прямолинейный по рис. 94,о), для этих же углов поворота ножа нахо-
дят текущие значения q и строят диаграмму моментов резания для
проектируемого режущего аппарата.
Проектирование схемы режущего аппарата с кри-
волинейным лезвием (рис. 106) начинают с выбора геомет-
рической формы кривой, по которой будет выполнено лезвие ножа.
Учитывая преимущества эксцентрической окружности, положим ее
в основу дальнейших расчетов.
Построение схемы ведут в следующем порядке.
1. Основываясь на результатах исследований, выбирают значения
минимального и максимально!
= 35—40° и ттах = 55—60°),
а также закон изменения уде-
льного давления q = С(т).
2. Выбирают основной раз-
мер ножа — номинальный ра-
диус /?0 и из произвольного
центра Оу проводят этим ра-
диусом дугу / — II окруж-
ности. В существующих кон-
струкциях соломосилосорезок
/?о = 300—450 мм. Конст-
рукция стандартного ножа
показана на рис. 85.
3. Из центра Ог (рис. 106)
под углом тт1П к вертикали
проводят вниз прямую ОгАг
до пересечения ее с дугой ок-
ружности.
4. Из найденной точки Аг
проводят горизонталь АгО до
пересечения ее с вертикальным диаметром ранее проведенной ок-
ружности. Полученная точка О отметит центр вращения диска соломс-
силосорезки, а расстояние ОгО по вертикали — эксцентриситет е. Сле-
дует проверить условие е — (0,7—0,8) Ro.
5. Последовательным построением находят на дуге окружности
такую точку В', в которой угол между радиусом Ro ножа и радиус-
вектором OB' = /"max будет равен (90° — ттах). Из построения следует,
что в точке В' угол между радиус-вектором и касательной, т. е. угол
скольжения, будет иметь максимальное значение.
6. Находят длину лезвия В'А', полагая, что центральный угол
B'OiA' охвата ножа составляет примерно 90°, а свободная длина лез-
вия левее точки Аг не превышает 30—40 мм’.
7. Определяют ширину горловины, для этого из центра О вращения
проводят дугу B'D' радиусом rmax и прямую OD' вниз под углом ттах —
—- Хтах До пересечения с полученной дугой в точке D'.
191
Рис. 107, Проектирование схемы режущего
аппарата барабанного типа (а) и проверка
полноты перерезания слоя (б)
Как следует из анализа схемы, в этом режущем аппарате по мере
поворота ножа угол % раствора увеличивается и достигает своего
максимального значения в точке D'.
Чтобы обеспечить защемление, необходимо выполнить условие
Хзащ ~ Фт 4“ Ф2 Т*гпах* При Ттах — 55 60 , Cpj = 15 17 И (р, ==
=25—30° допустимый угол раствора %тах = 40—57°. В этом случае
М. В. Сабликов рекомендует принимать %защ = 2cpmin.
Далее, из найденной точки D' проводят горизонтальную линию
до пересечения с вертикалью, проведенной через точку Аъ т. е. гори-
зонтальную прямую £>'/<', которая и будет искомой шириной горло-
вины.
Если учесть износ ножа, то правый и левый обрезы горловины сле-
дует сдвинуть к центру вращения на величин Д = 10—15 мм. Окон-
чательное положение левого
обреза определяют с учетом
условия, при котором с =
= /'min + Д ЮО ММ.
8. Определяют расчетную
высоту ар горловины из усло-
вий заданной производитель-
ности Q и принятой длины /р
резки по формуле (149). В су-
ществующих соломосилосорез-
ках высота горловины варьи-
рует от 50 до 100 мм. Окон-
чательный контур горловины
отмечен буквами ABDK-
9. Из центра О радиусом е
проводят дугу ОгО[ окружно-
сти, которая является траек-
торией центра кривизны ножа, перемещающегося при повороте дис-
ка. На полученной дуге делают отметки 1, 2, 3 и т. д. через интер-
валы (10°) угла Дф поворота. Из каждой отметки на сечении горло-
вины проводят дуги Дз, отмечающие нагруженную часть лезвия для
соответствующего положения ножа. Затем, ориентируясь по сред-
ней высоте горловины, находят для каждого положения ножа теку-
щие значения параметров: г, Дз, т и %, а также значения удельного
давления q, используя график q = /(т) на рис. 94, а.
Проектирование режущего' аппарата завершается построением
диаграммы моментов резания, расчетом момента инерции маховика и
определением потребной мощности двигателя.
Проектирование схемы режущего аппарата барабан-
ного типа (рис. 107) отличается относительной простотой, так
как спиральное лезвие ножа на развертке барабана представляет
прямую линию, и это лезвие перемещается в пространстве параллельно
самому себе. При вращательном движении барабана с радиусом Rf>
можно принять, что любая точка на его образующей совершает посту-
пательное движение с окружной скоростью R^< Таким образом, при
192
разработке схемы аппарата первоочередной задачей является опреде-
ление размеров барабана — радиуса и длины;
Исходными данными для построения схемы, как и ранее, являются
производительность машины и расчетная длина резки.
Построение схемы режущего аппарата барабанного типа ведут в
таком порядке.
1. По заданным производительности и расчетной длине резки нахо-
дят ширину b горловины по следующей формуле
6 = Q/(0,16a/pzpw). (150)
При тонкослойной подаче материала в барабанный аппарат высоту
а горловины принимают в пределах 40—60 мм, а угловую скорость
барабана <о = 40—60 рад/с для соломосилосорезок и <о — 100—
150 рад/с для силосоуборочных комбайнов.
2. Подставляя полученные значения b в формулу (136), находят
радиус барабана
/?б = [QtgT/(O,16a/ppco)4-za]/2n. (151)
Для барабанных аппаратов значения угла т скольжения выбирают
в пределах 24—30°.
Для полученного значения R^ графически проверяют условия
полноты перерезания слоя стеблей (рис. 107, б).
3. Строят развертку барабана (рис. 107, а) и определяют величину
перекрытия т, имея в виду условие т а. Дуга захвата одного ножа
составит = MgT (см. рис. 102, б).
4. При найденных размерах схемы уточняют теоретическую про-
изводительность и проверяют надежность защемления материала
ПО условию Хзащ = 2cPmin <
5. Определяют значения момента резания по формуле
Л1рез = qbR6 = q AscpR6, (152)
где q — нормальное удельное давление [для углов т = 24—30° q —
= (0,7—0,75) <70].
6. Определяют вращающий момент
Л1вр = 5Л1рез/3. (153)
Мощность двигателя находят из следующей формулы
Мдв = Л4вр(о. (154)
4.3.5. Расчет питающего аппарата. Питающий аппарат в соломо-
силосорезке выполняет три последовательно связанные операции:
затягивание, уплотнение и подачу материала в горловину режущего
аппарата. Питающий аппарат состоит из подающего транспортера и
питающих вальцов. В некоторых конструкциях, кроме того, имеется
приемный битер или нажимной транспортер.
Расчет питающего аппарата сводится к определению размеров
вальцов, их скорости вращения и степени обжатия материала.
7 С. В, Мельников
193
Рассмотрим условия протягивания слоя стеблей гладкими валь-
цами. Пусть два гладких вальца (рис. 108) диаметром D, установлен-
ные с зазором h, вращаются навстречу друг другу с угловой скоростью
со. При этом верхний валец находится под действием силы сжатия р
пружины.
Силу сжатия пружины разложим на две составляющие: радиальную
М = p/cos а и горизонтальную S = р tga, воспринимаемую опорой.
Сила М вызывает на окружности вальца силу трения F = fN.
Разложив силы N и F на вертикальные и горизонтальные составляю-
щие, видим, что первые уплотняют
слой, сжимая его от начальной тол-
щины Н до величины h.
Для затягивания слоя в зазор меж-
ду вальцами необходимо, чтобы рав-
нодействующая горизонтальных со-
ставляющих была направлена в сторо-
ну вращения вальцов, т. е. fNcos a >
> Nsin а, или f > tg a.
Следовательно, угол трения ср ва-
льца по слою должен быть больше
угла а.
Диаметр вальцов зависит от соот-
ношения толщины слоя на входе и
выходе из зазора. Из треугольника аОс
видно,что(/7 —й)/2=(£)/2)—(Z) cosa/2),
Рис. 108. Расчетная схема питаю- или Н — h = D (1 — cos а), отсюда
щих вальцов £) = (/у — й)/(1—cos а). Если заме-
______________ нить cos а на его значение cos a =
= 1/]/1 -н tg2a и учесть условия захвата слоя (/ = tgcp^s tga), то
диаметр вальцов будет равен
D = (H- й)/[1 - (1//Т+72)]. (155)
Для выполнения условия (155) пришлось бы делать вальцы боль-
ших диаметров, что конструктивно весьма неудобно. Для обеспечения
надежного затягивания вальцы изготовляют рифлеными или зубчатыми.
Из формулы (155) можно определить величину обжатия слоя
Н - — (l/jZT+p)]. (156)
При расчетах принимают h!H = 0,4—0,6.
Сжатый вальцами слой по выходе из зазора снова расширяется
до величины й0, что вызывает необходимость повторного сжатия мате-
риала ножом в процессе резания и затраты излишней энергии. Для
устранения этого недостатка питающего аппарата Н. В. Сабликов
рекомендует на выходе за вальцами поставить направляющие плас-
тины (мундштук), которые позволят подвести слой к режущей паре
в уплотненном состоянии.
Окружная скорость vB питающих вальцов должна обеспечивать
хорошее затягивание массы, поступающей с подающего транспортера
194
со скоростью утр. Это можно осуществить только при условии, что
v > Утр* В расчетах принимают ов = (1,25—1,35) цтр.
в Кроме того, следует учесть, что при протягивании слоя между
вальцами всегда имеет место буксование, в результате которого ско-
рость УСл подачи слоя оказывается меньше скорости вальца.
По Н. Е. Резнику, скорость усл — (0,88—0,93) г'в при одинаковых
окружных скоростях как верхнего, так и нижнего вальцов.
4.4. МАШИНЫ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ КОРНЕКЛУБНЕПЛОДОВ
4.4.1. Корнеклубнемойки. По конструкции рабочих органов корне-
клубиемойки делят на барабанные, кулачные (бильные), шнековые,
центробежные и струйные (гидроэлеваторные). По организации рабо-
чего процесса машины могут быть периодического или непрерывного
действия.
Системой машин предусмотрено производить шнековые мойки
непрерывного действия.
Рабочим органом мойки является шнек, установленный под углом
20—45° к горизонту. Для улучшения качества мытья корнеклубне-
плодов шаг спирали шнека делают переменным, увеличивающимся
по мере подъедга в пределах от 0,4 до 0,55 м. Нижний конец моющего
шнека опущен в приемный бункер, заполненный корнеклубнеплодами
и водой. При вращении шнек своими витками захватывает корн. клубне-
плоды из бункера и увлекает их вверх в зону активного мытья струями
воды, нагнетаемой через распределительные трубы насосом.
4.4.2. Измельчители корнеклубнеплодов. К этой группе машин
относятся корнерезки, корнетерки и различные измельчители, отли-
чающиеся друг от друга устройством рабочих органов и степенью
измельчения материала. .
Измельчитель ИКС-5М (рис. 109) выпускается в двух вариантах
для использования: 1) в качестве самостоятельной машины, загружае-
мой корнеклубнеплодами с автосамосвалов в бункер шириной 2,5 м;
2) в составе поточных технологических линий кормоцехов. Во втором
случае измельчитель не имеет накопительной емкости, так как он загру-
жается транспортерами ТК.-5 или ТК-5Б и управляется с центрального
пульта.
Машина работает следующим образом. Корнеклубнеплоды с транс-
портных средств или питателями-транспортерами ТК-5 загружаются
в приемный бункер, отмокают в моечной ванне и проходят первичную
грубую отмывку. Из ванны они забираются моечным шнеком и-встреч-
ным потоком воды подвергаются чистовой вторичной отмывке.
Система снабжения водой работает по замкнутому циклу: ванна —
насос — шнек — ванна. Диаметр шпека 400 мм, наклон — 45°. Мощ-
ность электродвигателя шнека 1,5 кВт, измельчителя — 7,5 кВт.
Привод шнека включается, когда барабан из?лельчителя достигает
номинальной частоты вращения.
Отмытые корнеплоды шнеком подаются в камеру измельчителя,
который включает ротор 4 с шарнирно-подвешенными молотками и
7* 195
противорежущую гребенку. Диаметр барабана 375 мм, длина — 480 мм,
частота вращения — 2070 минД Измельченный корм козырьком шнека
направляется в загрузочный шнек смесителя или в транспортные
средства.
В процессе работы измельчителя грязная вода стекает по кожуху
шнека вниз, в бункер, затем через отверстия поступает в ванну, где
Рис. 109. Схема технологического процесса измельчителя ИК.С-5М при использо-
вании единичной установки (а) и в поточной линии кормоцеха (б):
1, 11 — бункер; 2 — шнек; 3 — электродвигатель (1,5 кВт): 4 — ротор; 5 — электродвига-
тель (7,5 кВт); 6 — насос; 1 — ванна; в — грязесборник; 9 — камнеуловитель; 10 — транс-
портер ТК-5
и отстаивается. Очищенная вода сверху вновь забирается насосом,
а грязь собирается в нижней части ванны, откуда удаляется через раз-
грузочные люки. Вода в ванне заменяется через 2—3 дня работы.
Измельчитель можно использовать и только для мойки корнеплодов.
Для этого надо снять молотковый барабан.
Если необходимо получить более грубое измельчение (для круп-
ного рогатого скота), то противорежущую гребенку следует снять.
О степени измельчения можно судить по данным Г. А. Лобановского
(табл. 18).
196
без воды приводит к поломке.
Измельчитель включают в работу, когда ванна заполнена водой;
пуск его с корнеплодами
Рис. ПО- Технологическая
м) и кинематическая (б) схе-
мы измельчителя ИКМ-5
а воды
Измельчитель-камнеуловитель-мойка ИКМ-5 (рис. ПО) предназна-
чен для очистки корнеклубнеплодов от камней, их мойки и измельче-
ния на частицы размером до 10 мм (для свиней) или ломтики толщиной
до 15 мм (для крупного рогатого
скота). Измельчитель рекомендует-
ся для поточных технологических
линий кормоцехов, где он агрегати-
руется с транспортерами-питателя-
ми ТК-5 или ТК-5Б, а также может
быть использован как самостоятель-
ная машина при установке в утеп-
ленных помещениях, оборудован-
ных водопроводом и простейшей
системой канализации.
Измельчитель ИКМ-5 имеет три
рабочих органа: моечный шнек
0 400 мм с электродвигателем мощ-
ностью 2,2 кВт; измельчающий
Таблица 18. Гранулометрический
состав корнеплодов, измельченных
на ИКС-5М, %
Размеры частиц, мм Фракционный выход, %
Свекла Карто- фель
сахарная кормовая
До 5 34 37 40
5—10 33 22 20
10—25 20 21 17
25—50 10 20 15
Свыше 50 3 — 8
мощностью 7,5 кВт;
аппарат дискового типа с электродвигателем
транспортер, приводимый в работу от мотор-редуктора с электродви-
гателем мощностью 0,8 кВт.
Рабочий процесс протекает следующим образом. Предварительно
ванна заполняется водой до уровня, который поддерживается сливным
патрубком на кожухе выгрузного транспортера. Транспортером-пита-
телем корнеклубнеплоды подают в моечную ванну, где они отмываются
от земли вихревыми потоками воды, создаваемыми крылачом, и осво-
бождаются от камней, которые выпадают в окно выгрузного транспор-
тера. Далее корнеклубнеплоды поступают на шнек и вторично отмы-
197
В соответствии с теорией клина процесс образования стружки
(резка) при резании корнеклубнеплодов протекает следующим обра-
зом. В первый момент клин с углом а (рис. 111, а) внедряется в материал
под действием силы Р, сжимая его на пути а. В следующий момент,
когда сила Р достигает некоторого предела, происходит скалывание
элемента стружки на длине I, которая всегда больше пути а сжатия.
Проведенные исследования позволили установить, что линия скалы-
вания несколько опережает лезвие клина; вначале она углубляется
в толщу материала, а^затем направляется под некоторым углом вверх.
Однако до поверхности разрыв не доходит, и скалываемые элементы
получаются связанными между собой (стружка скалывания). Усадки
или укорочения элемента стружки
не наблюдается, т. е. I — llt
при резании корнеклубнеплодов
Рис. 111. Схема внедрения клина и образования стружки (а) и распределение уси-
лия резания по составляющим сопротивлений (б) при угле а = 17° для кормовой
свеклы (по Г. И. Новикову)
Путь а уплотнения может быть определен по формуле, предложен-
ной акад. В. П. Горячкиным,
а — h cos ф sin2 [(90° — <р)/2] cos [(ср + Фт — a)/2]/cos3 [(ф -ф фх -фа)/2],
(157)
где h — толщина стружки;
а — угол резания;
Ф — угол трения материала по граням клина;
— угол трения в плоскости скалывания.
При резании корнеплодов скалывание стружки происходит без
заметного скольжения по плоскостям скалывания, поэтому можно
принять, что угол ф! = 0, и тогда формула (157) примет вид
а = 0,5йсо8фсо8[(ф —а)/2]/соз3[(ф-|-а)/2]. (158)
При этом отношение Хсж пути а сжатия к длине / элемента стружки
определяется выражением
Кж = й/1 — 0,5 cos ф cos [(ф — а)/2]/(0,34 -ф 0,026а -ф Q,5h) X
X С053[(ф —а)/2]. (159)
200
Из полученных формул и опытных данных следует, что дЛина I
элементов стружки зависит от ее толщины h и угла а резания и почти
не зависит от скорости резания и толщины ножа.
При резании корнеплодов резцом скользящее движение материала
по лезвию отсутствует, т. е. резание идет по принципу «рубки». Это
объясняется тем, что угол ср трения корнеклубнеплодов о грани метал-
лического клина составляет 35—40°, что значительно больше, чем
У других материалов. При данных условиях для облегчения резания
пришлось бы значительно увеличивать угол скольжения, что конструк-
тивно выполнить весьма трудно. Кроме того, значительную часть пути
в процесс? резания резцом лезвие оказывается вообще ненагруженным.
Из схемы видно, что эта часть оценивается отрезком I — а.
Для измельчения корнеклубнеплодов могут применяться ножи
различной формы: плоские с прямым сплошным или гребенчатым лез-
вием,. плоские с криволинейным лезвием или совочкообразные. По
ГОСТу 2-391—70 для корнерезок приняты I и II типы ножей (см.
рис. 85). Угол заточки 25°. Ножи изготовляют из инструментальной
углеродистой стали У9 (ГОСТ 1435—54) или из марганцовистой стали
65Г и 70Г (ГОСТ 1050—57).
Сопротивление корнеплодов резанию. Разра-
батывая теорию клина, акад. В. П. Горячкин предложил известную
рациональную формулу, которая может быть применена для опреде-
ления общего сопротивления резанию
P = P0 + kbh + eabv2, (160)
где Р — общее сопротивление резанию;
Ро — некоторое постоянное сопротивление;
k и е — коэффициенты пропорциональности;
b и h — ширина и толщина срезаемой стружки;
и — скорость резания.
Рациональная формула расчленяет общее сопротивление на три
части: некоторое постоянное сопротивление, не зависящее от сечения
стружки; сопротивление деформации срезаемого слоя; сопротивление,
зависящее от скорости резания и обусловленное необходимостью от-
брасывания сколотой стружки в сторону со скоростью V.
На рис. 111, б представлен график, показывающий зависимость
общего сопротивления Р резанию от толщины стружки при угле .реза-
ния а = 17°, и указаны также значения составляющих Ро, Ряеф и
Т’скор- Как видно из графика, Рскор [третий член формулы (160)] имеет
очень малое значение. Следует заметить, что при изменении угла а
резания от 17 до 30° суммарное сопротивление почти не изменяется.
Процесс резания корнеплодов клином протекает с переменным уси-
лием: в первый момент перед врезанием усилие равно нулю, затем при
уплотнении по мере продвижения ножа по пути сжатия оно достигает
максимума и в момент скалывания снова падает до нуля.
Расчет шнековой мойки. Согласно зоотехническим тре-
бованиям загрязненность корнеклубнеплодов не должна превышать
3%,
201
Степенью загрязненности называется отношение массы загряз-
нений к массе корнеклубнеплодов до мойки. Массовая доля загряз-
нений в корнеклубнеплодах найдется по формуле
63 = (т1 — tn)/tnlf
где 63 — массовая доля загрязнений в корнеклубнеплодах;
— масса порции загрязненных корнеклубнеплодов, кг;
т — масса той же порции совершенно чистых корнеклубнепло-
дов, кг.
Фактическая загрязненность корнеклубнеплодов после уборки
колеблется в пределах 12—20%.
Общее время пребывания корнеклубнеплодов в воде в мойках
непрерывного действия по ГОСТу 5705—51 должно быть в пределах
60—120 с. Это время складывается из времени отмокапия (т0Т =
= 60—90 с), т. е. пребывания корнеклубнеплодов в загрузочной
ванне, и времени мойки (тм = 30—40 с), т. е. пребывания в желобе
шнека.
По опытным данным, расход воды в среднем составляет 250—
300 кг на 1000 кг корнеклубнеплодов.
Технологический расчет моек включает определение основных кон-
структивных размеров и потребной мощности по заданной произво-
дительности.
Производительность шнековой мойки определим из следующих
соображений. Через поперечное сечение площадью л (О2— d2)/4
шпека длиной, равной одному шагу s, за 1 с пройдет порция корне-
клубнеплодов массой М ~ [л (О2 — d2)/4]sp (ю/2л).
Тогда производительность Q (кг/с) мойки определится по формуле
Q = 0,125(D2 — d2)sp«Kp, или <2 = Л4ф3фн, (161)
где D — диаметр шнека (винта), м;
d — диаметр вала шнека, м;
р — плотность, кг/м3;
ф3 — коэффициент заполнения рабочего пространства шнека про-
дуктом;
Ф„ — коэффициент наклона шнека;
Ф — коэффициент, учитывающий уменьшение площади попереч-
ного сечения продукта вследствие наклона шнека.
Чтобы предотвратить заклинивание корнеплодов между валом
шнека и кожухом, наружный диаметр шнека принимают 300—400 мм,
а диаметр вала выбирают по соотношению D = (4 — 6) d.
С учетом размеров корнеплодов шаг s шнека выбирают в пределах
300—400 мм. Но так как s = лО tg а, то угол аш подъема винтовой
линии шнека ограничивают (а,„ = 10—20°). Для моек производитель-
ностью меньше 2 кг/с этот угол составляет 18—20°.
Коэффициент заполнения шнека ф3 = 0,25 — 0,35, а коэффициент
фи = 0,65 — 0,45 для углов наклона 20—45°.
Пользуясь формулой (161) и приведенными соотношениями, при
проектировании обычно находят диаметр шнека, а производительность
202
должна быть задана, или она определяется с учетом необходимой про-
пускной способности технологической линии подготовки корнеклубне-
плодов в проектируемом кормоцехе.
Другой основной размер шнековой мойки — длина L шнека, кото-
рая вычисляется с учетом времени tK мойки материала,
L — stM(D/2n,. (162)
При массовой доле загрязнений корнеклубнеплодов б3 = 6—7%
длина шнека должна быть 2,5—3 м; при загрязненности 20% требуется
шнек длиной до 6 м, что конструктивно выполнить трудно. В таких
случаях корнеклубнеплоды последовательно пропускают через две
моечные машины.
Количество корнеклубнеплодов, находящихся в загрузочной ванне
(загрузка), определяют по формуле G3arp = Qtor.
Отсюда необходимый объем Узагр загрузочной ванны будет равен
Кзагр = QU р.
Подача шнека зависит от его угловой скорости. Однако для нор-
мальной работы мойки необходимо, чтобы корнеклубнеплоды не пере-
брасывались через вал шнека, а равномерно сползали по ленте винта.
Рассмотрим условия (по В. Н. Синявскому), при которых будет обес-
печено сползание корнеклубнеплодов.
На тело, расположенное на ленте винта (рис. 112), действуют
сила тяжести mg и центробежная сила m<a2R. Разложим силу тяжести
на силу нормального давления на ленту — mg sin ф и касательную —
mS cos ф, которая и обеспечивает сползание тела по ленте вниз. Цент-
робежную силу также разложим на силу нормального давления на лен-
ту винта — ты2/? sin а и силу нормального давления на кожух —
£03
maPR cos а. Значением последней можно пренебречь, так как она на
сползание корнеклубнеплодов существенного влияния не оказывает.
Нормальное давление на ленту винта вызовет соответствующую
силу трения, которая стремится удержать корнеклубнеплод на ленте
и увлечь его во вращательное движение.
Очевидно, что сползание корнеклубнеплодов вниз будет возможно
лишь при условии
mgcosty^f (mgsinip + mci)2/? sin a),
где ф — угол между наружной кромкой винта и вертикалью (ip =
= а + >0;
a — угол подъема винтовой линии;
R — радиус шнека, м;
А — угол наклона шнека;
f — коэффициент трения движения корнеклубнеплодов по мокрой
ленте винта (для картофеля f = 0,64 — 0,68, для сахарной
свеклы f = 0,8—0,84).
Максимально допустимая угловая скорость определяется из усло-
вия mg cos ip = / mg sin ip -ф /mco^ax R sin аш, отсюда
^гоа.х — ]/'[2g-coS'ip(I — / tgip)]/(fD sin аш). (163)
Нормальная работа мойки осуществляется при со = (0,5—0,7)
сотах - с учетом этого соотношения частоту вращения шнека можно опре-
делить по формуле
«с. max ~ Ojei/^gcosipG - f tgip)]/(fD sin аш). (164)
Рабочую частоту вращения шнека принимают равной пс раб =
= (0,5-0,7) пс тах.
4.4.5. Основы теории и расчет пастоизготовителей. Устрой-
ство п а с то изготовителей. Пастоизготовители пред-
назначены для тонкого измельчения зеленой травы, силоса и корне-
клубнеплодов. На рис. 113, а представлена конструктивная схема
шнекового пастоизготовителя, который состоит из питающего, прессую-
щего и измельчающего механизмов. В более простых конструкциях
питающий механизм отсутствует, и сырье подают вручную небольшими
порциями (по 2—3 кг).
Рабочий процесс осуществляется следующим образом. Корнеклуб-
неплоды, силос или трава загружаются в приемный бункер, откуда
захватываются прессующим шнеком 2 и подводятся к режущему
аппарату, состоящему из ножа 7 и решетки 9. Нож тонко измельчает
поступающий корм, и под напором новых порций паста продавливается
шнеком через отверстия решетки, диаметр которых может быть равен
12—20 мм.
Кромки отверстий служат противорежущей частью режущего аппа-
рата, работа которого описывается теорией клина (аналогично корне-
резкам).
Конструктивные параметры рассматриваемого пастоизготовителя
имеют следующие значения: внешний и внутренний диаметры прес-
204
сующего шнека равны соответственно 250 и 100 мм, шаг витка 140 мм
при угле подъема аш = 13°, угловая скорость равна 13 рад/с.
На рис. 113, б представлена улучшенная конструкция пастоизго-
товителя (измельчитель силоса ИС-2М), отличительной особенностью
которого является двухступенчатый режущий аппарат.
Рабочий процесс сводится к следующему. Корм, поступающий
через загрузочный лоток, продвигается питающим шнеком 2 к ножу 5
Рис. 113. Одноступенчатый (о) и двух-
ступенчатый (б) пастоизготовители:
/ — корпус; .2 — шнек; 3 — полый вал
шнека; 4 — вал ножей; 5 — нож предва-
рительного измельчения; 6 — противоре-
жущая пластина; 7 — основной нож; 8—
кольцевой фланец; 9 — сменная противо-
режущая пластина (решетка); 10 — ша-
рикоподшипник; 11 — загрузочная ворон-
ка; 12 — шестерня привода шиека; 13 —
шестерня привода ножей; 14 — вал редук-
тора
предварительного измельчения и проталкивается через отверстия
противорежущей пластины 6. Отрезанные частицы далее попадают
на основной шестилопастной нож 7, имеющий большую частоту вра-
щения, и направляются через отверстия второй (сменной) противоре-
жущей пластины 9; в результате достигается весьма тонкое измельче-
ние. Перья (лопасти) ножа 7 имеют по два лезвия, из которых одно
взаимодействует с первой (внутренней) противорежущей пластиной 6,
а другое — со второй пластиной 9. Таким образом, здесь имеет место
процесс двухопорного резания в аппарате щелевого типа, аналогичный
процессу резания в аппарате вторичного измельчения измельчителя
«Волгарь-5».
По результатам испытаний (на МИС), готовый корм, полученный
от измельчителей ИС-2М и «Волгарь-5», по крупности удовлетворяет
зоотехническим требованиям, но «Волгарь-5» переизмельчает корне-
205
плоды и допускает потери клеточного сока до 2,9%, что нежела-
тельно.
Измельчители с питающим шнеком и противорежущей решеткой
составляют особую группу машин; несмотря на конструктивные недо-
статки существующих моделей, они обладают рядом положительных
свойств. В частности, эти машины позволяют осуществить весьма
тонкое измельчение зеленых стебельных кормов и корнеклубнеплодов
при достаточно хорошей выравненности частиц пасты по размерам.
Они не имеют вращающихся масс с большими моментами инерции,
что позволяет интенсифицировать процесс без заметного увеличения
потерь энергии на холостой ход.
Теория рабочего процесса. Из описания рабочего
процесса видно, что измельчители с питающим шнеком и противоре-
жущей решеткой имеют свои характерные особенности. Первая осо-
бенность состоит в том, что измельчаемый материал поступает к режу-
щей паре, пересекая при своем движении плоскость вращения ножей.
Поэтому еще до начала резания он подвергается воздействию передней
и боковой граней ножей, частично разрушаясь от перетирания и раз-
деления частиц вдоль волокон.
Второй особенностью измельчителя является наличие противорежу-
щей решетки, которая служит основным регулятором тонкости измель-
чения, подобно решету в молотковой дробилке, и в то же время ограни-
чивает производительность машины.
Третья особенность измельчителей такого типа состоит в том, что
питающим органом его может быть только шнек, который подает мате-
риал к режущему аппарату по всей площади поверхности, охваты-
ваемой перьями ножей. Шнек заполняет материалом камеру измель-
чения, проталкивает его в отверстия решетки и создает необходимые
условия для работы режущего аппарата. Процесс резания здесь проис-
ходит в условиях, близких к условиям объемного сжатия.
Четвертой особенностью является последовательное расположение в
технологической схеме трех рабочих органов: шнека, ножа и противоре-
жущей решетки. Все они должны быть строго согласованы между собой
не только в кинематическом отношении, по и по производительности.
Рабочий процесс шнековых пастоизготовителей изучали В. С. Мои-
сеенко, И. В. Сысоев, Н. Т. Кузьмой, аппарата вторичного резания
измельчителя «Волгарь-5» — В. Д. Курьянов, В. М. Побединский и др.
В отличие от резания стеблей лезвием в корнерезках происходит реза-
ние корнеклубнеплодов клином с относительно большим углом заточки
(25® и выше), и, кроме того, сам клин перемещается в слое материала,
уплотненного шнеком. В этом случае фаска ножа (передняя грань
клина) играет активную роль в процессе резания, и схема взаимодей-
ствия сил между резцом и материалом существенно отличается от клас-
сического случая резания лезвием.
Рассмотрим условия работы режущего аппарата двухопорного реза-
ния и аппарата с противорежущей решеткой.
При изучении условий работы аппарата вторичного резания измель-
чителя «Волгарь-5» В. М. Побединский выявил его особенности и при-
206
г
шел к заключению, что в условиях двухопорного резания наиболее
эффективно может работать нож со ступенчатой режущей кромкой
(рис. 114). Для такого ножа значение критической силы Ркр будет зна-
Рис. 114. Схема действия сил при двухопориом резании толстого слоя стеблей (по
В. М. Побединскому):
о — одноступенчатым лезвием; б — двухступенчатым лезвием
чительно меньше, чем для ножей аппарата «Волгарь-5» с П-образной
режущей кромкой (рис.'114, а).
В. М. Побединский разработал оригинальный режущий аппарат,
в котором процесс резания «пуансоном» заменен двухопорным резанием
лезвием при последовательном воздействии режущих кромок на мате-
риал (рис. 114, б).
207
Для ножа со ступенчатой режущей кромкой критическая сила Ркр
определяется по формуле
(51 + ад + EkM 4- fEk.^li), (165)
где 6Х и 62 — толщина первой и второй режущих кромок;
t — коэффициент, учитывающий снижение <тразр под второй
кромкой с углом заточки у2 90° (принято ух = 30°;
Ъ = 85°);
Е — модуль упругости материала, Па;
h — величина сжатия слоя лезвием ножа, мм;
— коэффициент, учитывающий влияние расстояния между
режущими кромками;
k2 — коэффициент, учитывающий влияние свойств пере-
резаемого материала.
По данным Н. Е. Резника, при резании лезвием слоя из толсто-
стебельных силосных культур контактные напряжения <тразр варьируют
в пределах 25—50 МПа, а по данным В. М. Побединского, для двух-
опорного резания стеблей кукурузы при ух = 30° — оразр = 50 МПа
и при у., = 85° — <тр:|3р — 120 МПа.
Изучая работу режущего аппарата с противорежущей решеткой,
Н. Т. Кузьмов показал, что процесс резания протекает по-разному
в зависимости от геометрии резца и конструктивного оформления
режущей пары. При резании лезвием (рис. 114) все силы действуют
в плоскости движения лезвия. Такая картина наблюдается и при
работе режущей пары «нож — решетка» в пастоизготовителе.
На рис. 115, а показана схема работы двухперового ножа с решет-
кой. Прямые лезвия ножа расположены по касательной к окружности
вылета р. На лезвие действует равнодействующая сила R, для преодо-
ления которой требуется приложить со стороны ножа равное ей усилие
резания Ррсз.
Отмеченные выше особенности в организации рабочего процесса
пастоизготовителя с питающим шнеком и противорежущей решеткой
наглядно можно представить, если рассмотреть схему сил, действую-
щих на передней грани ножа в сечении А А (рис. 115, б, в), примени-
тельно к двум характерным случаям, определяемым углом у заточки.
Угол у заключен между передней и задней гранями резца.
1-й случай, когда угол заточки у, < 90° — ф. По опытным
данным, коэффициент трения f = tg q> зеленой массы по стали состав-
ляет 0,4—0,6, отсюда угол трения q> == 22—31°.
Следовательно, рассматриваемый случай резания относится к усло-
виям, когда ух 59 — 68°.
Для ножей-измельчителей угол заточки у = 25° (ГОСТ 2391—70).
Ранее для дисковых соломосилосорезок и универсальных дробилок
этот угол принимался в пределах 12—22° (ГОСТ 441—58). Следова-
тельно, в действительных условиях имеем ух «С 90° — ср.
При движении ножа со скоростью в слое материала, уплотнен-
ного шнеком, со стороны лезвия на материал в плоскости резания дей-
ствует сила резания Ррез (рис. 115, б).
208
Наряду с этим передняя грань ножа сжимает материал. Для пре- .
одоления равнодействующей /?сж сил сжатия необходимо со стороны
ножа приложить дополнительное усилие Plt отклоненное от нормаль-
ного давления на угол трения q>. Вторая составляющая усилия
представляет силу трения F, удерживающую материал на передней
грани ножа (точка с).
Рис. 115. Схема действия сил со сто-
роны лезвия:
а — в плоскости его вращения: I — нож;
2 — решетка (противорежущая часть); б,
в — в плоскости потока материала
Во вращательном движении нож движется в плоскости противо-
режущей решетки, поэтому для прессования материала будет исполь-
зована не вся сила Plt а только ее вертикальная составляющая Рсж.
Горизонтальная составляющая Р„ стремится столкнуть материал с пе-
редней грани, двигая его против направления подачи шнеком новых
порций материала.
Наблюдения показывают, что весь материал, расположенный впе-
реди резца, не успевает пройти в отверстия решетки, и часть его сме-
щается в плоскости решетки в направлении вращения ножа. В резуль-
тате возникает еще одно сопротивление Rnp. Для его преодоления
со стороны ножа должно быть приложено усилие Рвр, отклоненное от
209
г
нормали N2 на угол р + q> и затрачиваемое на вращательное движение
ножа.
Суммарное давление на переднюю грань ножа обусловливает собой
наличие составляющей Тл„, значение которой больше, чем силы тре-
ния F, в результате этого материал всегда отводится от решетки в сто-
рону шнека, что заметно ухудшает условия протекания рабочего про-
цесса. Одним из основных недостатков пастоизготовителей ранних
конструкций были частые забивания камеры измельчения и поломка
ножей.
2-й случай, когда угол заточки у2 > 90° — <р. При движении
ножа в слое со стороны лезвия, так же как ив 1-м случае, действует
усилие резания Ррсз (рис. 115, в).
Наряду с этим передняя грань ножа сжимает и увлекает во враща-
тельное движение слой материала толщиной е, расположенный в плос-
кости вращения ножа. Для преодоления сопротивления Дпр вращению
необходимо приложить дополнительное усилие Рвр, но так как у2 > <р,
то сила Тдв удерживает материал на передней грани и отталкивания его
в сторону шнека не происходит. В результате этого корм в камере из-
мельчения не спрессовывается, как в 1-м случае. Достаточно неболь-
шого давления со стороны шнека, чтобы протолкнуть частицы, отре-
занные ножом, через отверстия решетки. Для создания более благо-
приятных условий при проталкивании измельченного корма через
решетку крайний виток шнека отогнут и приближен к иожу. Наблюде-
ния показали, что во 2-м случае процесс измельчения сочных кормов
происходит при незначительных напряжениях сжатия <тшн и без потери
клеточного сока. Частицы выбрасываются через решетку с большой
скоростью, отбрасываются от нее на расстояние до 1—1,5 м; получае-
мая паста имеет рассыпчатую структуру. Производительность пасто-
изготовителя увеличивается в 2 раза по сравнению с ПЗГ-2.
Помимо угла заточки, на эффективность работы измельчающего
аппарата существенно влияют такие факторы, как толщина ножа,
зазор между лезвиями ножа и решеткой, частота вращения ножа и
количество перьев на нем, скорость резания, угол скольжения.
В результате оптимизации режимов работы и конструктивных пара-
метров Н. Т. Кузьмовым создан измельчитель с питающим шнеком
и противорежущей решеткой (рис. 116).
Техническая характеристика измельчителя: диаметр шнека 240 мм;
шаг 130 мм; частота вращения: шнека — 126 мин'1, ножа — 1450 мин"1;
угол заточки ножа 80°; толщина ножа 12 мм; угол скольжения тср =
= 2Г; диаметры отверстий сменных решеток 12, 16, 20 и 22 мм; тол-
щина решетки 7 мм; коэффициент живого сечения 0,5; мощность элект-
родвигателя 13 кВт; производительность на измельчении силоса 4,1—
4,8 т/ч. Тонкость измельчения отвечает зоотехническим требованиям
(табл. 19).
Расчет шнекового п а с т о и з г о т о в и т с л я. Техно-
логический расчет пастоизготовителя предусматривает определение его
производительности и энергоемкости. Так как пастоизготовитель со-
стоит из трех последовательно расположенных механизмов, то все они
210
Рис. 116. Измельчитель-пастоизготовитель Н. Т. Кузьмова:
1 — диск решетки; 2 — фасонный болт; 3 — протпворежущая решетка; 4 — виток питающего шнека; 5 — нож а
углом резания у > 90 — <р; 6 — ступица ножа; 7 — регулировочная гайка; 8 — болт крепления решетки; 9 —
муфта; 10, 14 — корпус подшипника; 11 — вал ножа; /2 — направляющие ребра корпуса; 13 — корпус измель-
чителя
Таблица 19. Гранулометрический состав пасты, полученной из кукурузного
силоса (Аср = 56,6 мм) на экспериментальном пастоизготовителе (по Н. Т. Кузьмову)
Частота вращения ножа, мин“* Средняя длина частиц пасты Zcp> мм Степень измельчения X Фракционный выход частиц, %
0—5 мм 5—10 мм 10—15 мм 15—20 мм
1400 5,78 9,8 44,8 46,6 8,0 0,6
1200 5,36 10,5 49,0 45,0 5,5 0,5
должны быть рассчитаны на максимально возможную производитель-
ность. Обычно шнековые пастоизготовители, как и мясорубки, рассчи-
тывают по режущей способности ножей.
Подачу питающего и прессующего шнека определяют по формуле
(161), в которой значение коэффициента заполнения для силоса может
быть принято <р3 = 0,3—0,6. Подача шнекового пастоизготовителя ли-
митируется пропускной способностью режущего аппарата, главным
образом его противорежущей частью—решеткой. Для повышения
пропускной способности увеличивают частоту вращения ножа, сооб-
щая ему угловую скорость в 10—12 раз большую, чем угловая ско-
рость прессующего шнека, а также увеличивают число перьев на ноже.
Кроме того, стремятся максимально увеличить площадь живого сече-
ния решетки при сохранении требуемой прочности ее. Так, при рацио-
нальном расположении отверстий степень использования площади
плоской решетки равна 0,3—0,35 для отверстий 0 2—3 мм и 0,4—0,5
для отверстий 0 15—25 мм. Большую пропускную способность имеют
конусные и цилиндрические решетки, нож у которых напоминает кони-
ческую или цилиндрическую фрезу. Потери клеточного сока растений
в таких машинах сводятся к минимуму.
Производительность режущего аппарата можно определить по ре-
жущей способности ножа S„, под которой понимают суммарную пло-
щадь рабочей поверхности, описываемой лезвиями ножа в единицу
времени. При этом производительность ножа будет равна
Qu ~ фо^н/^р»
где фо — коэффициент использования режущей способности аппарата,
обусловленный размерами ножей (<р0 = 0,7—0,8);
SH — режущая способность ножа, м2/с;
S„ — площадь поверхности раздела при измельчении 1 кг корма,
м2.
Для одного ножа режущую способность можно определить по фор-
муле
5„ = (л£>2/4) (®н/2л) z/p = №Hz/p/8, (166)
где D — диаметр решетки, м;
— угловая скорость вала ножей, рад/с;
z — число перьев на одном ноже;
212
/р — коэффициент использования живого сечения решетки, т. е.
отношение суммарной площади отверстий для прохода
пасты ко всей площади решетки.
Площадь Sp поверхности раздела зависит от степени измельчения
и осевой скорости перемещения корма через решетку. Для отверстий
0 16 мм можно принять Sp = 0,9—1 м2/кг.
За отсутствием опытных значений Sp для разных кормов и режи-
мов работы пастоизготовителя производительность ножа режущего
аппарата Г. С. Моисеенко рекомендует определять по формуле
Q = dijz0/ipwHz/8, (167)
где d0 — диаметр отверстий в решетке, м;
z0 — число отверстий;
h — величина перемещения пасты, продавливаемой через отвер-
стие за один оборот ножа (по И. В. Сысоеву h = 0,002 м);
р — плотность корма, уплотненного в отверстиях решетки (р =
= 1000 кг/м3).
Следует заметить, что при определении режущей способности ножа
по формуле (167) не учитываются специфические условия работы режу-
щей пары «нож — решетка» в целом.
В режущем аппарате «нож — решетка» режущая способность зави-
сит от состояния противорежущей части, т. е. от остроты и чистоты
режущих кромок отверстий. Но так как «режущая пара» включает
и зазор между режущими элементами, то в целом понятие режущей
способности пары должно охватывать собой и технические требова-
ния на величину зазора. Этот зазор должен быть постоянным, строго
фиксированным и не должен превышать 0,1 мм, что соответствует
средней толщине волокон, на которые расщепляются частицы стебель-
ных кормов. Если зазор будет больше их толщины, то волокна будут
затягиваться в зазор между лезвиями, и рабочий процесс будет
нарушен.
Расход мощности на привод шнекового пастоизготовителя рас-
считывается по фюрмуле
Л/ = (Л/изм + Мш + Л/х.х)/П, (168)
где Мизм — мощность, расходуемая на процесс измельчения;
— мощность, расходуемая на работу прессующего шнека;
— мощность холостого хода пастоизготовителя;
т] — КПД трансмиссии от электродвигателя к валу пастоизго-
товителя (f| — 0,85—0,9).
Мощность (Вт) на измельчение определяют по формуле
Мизм = Q^H3M>
где Дизм — работа, затрачиваемая на измельчение (см. формулу (56)1.
По Н. Т. Кузьмову, для силоса коэффициенты сх = 660 Дж/кг,
с3 = 880 Дж/кг. Средняя степень измельчения в пасту X = 9—10.
Мощность (кВт) на привод прессующего шнека равна
МШ = ЛШ<2И,
213
где Аш — удельный расход энергии на подвод к ножам и уплотнение
измельчаемой массы (для силоса Аш — 14—15 кДж/кг).
Следует отметить, что мощность зависит от давления р на ре-
шетки, создаваемого шнеком. По И. В. Сысоеву, оно составляет
0,15—0,28 МПа. Однако в расчет на прочность решетки следует вво-
дить максимальное значение давления, которое для растительного
сырья достигает 0,4—0,45 МПа.
Раздел 5
МАШИНЫ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОРМОВЫХ СМЕСЕЙ
5Л. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ
КОРМОВЫХ СМЕСЕЙ
5.1.1. Зоотехнические требования. Кормовые смеси должны быть
приготовлены строго по рецепту. Так, при производстве комбикормов
отклонения от рецептурного состава допускают в пределах не более
±1,5%, сочных кормов (силос, корнеплоды) ±3,5%, жидких кормов
±2,5%, минеральных добавок ±1% от количества дозированного
корма по массе. При подготовке влажных рассыпных кормосмесей
отклонения от рецепта допускают для грубых кормов ±15%, концент-
рированных кормов ±5%. Степень неравномерности (неоднородности)
смешивания для отдельных компонентов допускается в 2 раза больше
установленной предельной нормы отклонения при дозировании этого
компонента.
Для оценки качества кормовой смеси методикой международных
сравнительных испытаний комплексов машин разработана специальная
шкала (табл. 20).
Таблица 20. Шкала оценки качества кормосмеси
Оценка смеси
Номер
группы
Отклонение контрольного
компонента в пробах смеси
от теоретической (рецепт)
величины, %
Хорошая
Удовлетворительная
Недостаточно удовлетворительная
Плохая
1
2
3
4
До 8
8—10
10—15
Свыше 15
В зависимости от способа содержания животных или птицы, при-
нятого типа кормления и наличия кормов в хозяйстве кормовые смеси
214
готовят разной консистенции: сухие комбикорма (влажность В = 13—
15%), влажные рассыпные (В = 45—70%) и жидкие (текучие) корма
(В = 75-85%).
Типичные технологические схемы приготовления кормосмесей
включают следующие операции:
1) приготовление сухих концентрированных кормов: прием и хра-
нение сырья -> очистка сырья от примесей -> шелушение овса ->
измельчение ингредиентов -> дозирование ингредиентов -> смешива-
ние -> хранение и отпуск пли гранулирование (брикетирование) ->
хранение и отпуск;
2) приготовление влажных рассыпных кормосмесей из комбикор-
мов, корнеплодов и зеленого корма или силоса: прием и хранение
сырья -> дозирование -> смешивание -> выдача готового корма непо-
средственно в кормушки; кормосмесь с значительным содержанием
корнеплодов и зелени готовится не более чем за 2 ч до раздачи живот-
ным;
3) приготовление жидких кормов из комбикорма и воды: прием
и хранение -> дозирование -> смешивание выдача готовых кормов
животным;
4) смеси с использованием пищевых отходов (в свиноводстве):
прием и хранение -> измельчение -> стерилизация пищевых отхо-
дов -> дозирование смешивание охлаждение -> выдача готового
корма непосредственно в кормушки; стерилизованная кормосмесь гото-
вится не ранее чем за 4 ч до скармливания и должна быть охлаждена
до температуры не более 320 К.
5.1.2. Технология приготовления комбикормов в хозяйствах. Ком-
бикорм представляет собой сложную смесь кормовых продуктов (очи-
щенных, измельченных в требуемой степени), составленную по научно
обоснованным рецептам и обеспечивающую наиболее эффективное
использование содержащихся в кормах питательных веществ. Число
основных ингредиентов, входящих в состав комбикорма, составляет
от 5 до 12, не считая микродобавок. При этом меньшее число состав-
ляющих имеют комбикорма для крупного рогатого скота и большее —
для птицы. В состав микродобавок входят аминокислоты, витамины,
микроэлементы, антибиотики, биостимуляторы и лечебно-профилак-
тические препараты; число ингредиентов в них достигает 30—50 и
выше [48, 60].
В современных рационах доля концентрированных кормов (по
питательности) составляет: для крупного рогатого скота — 20—30%
и выше, для свиней — 60—80%, для птиц — 80—100%.
Основа комбикормов — измельченные зерновые смеси, составляю-
щие до 80% от общей массы комбикормов.
Комбикормовая промышленность производит корма следующих
видов: полнорационные, комбикорма-концентраты, белково-витамин-
ные добавки (БВД) и премиксы.
Полнорационные комбикорма обеспечивают потребность живот-
ных и птицы во всех необходимых питательных веществах. В их состав
входят не только концентрированные, но и грубые корма (сено, сенаж,
215
солома). Полнорационные корма производят для жвачных животных
и лошадей в брикетированном виде.
Комбикорма-концентраты составляют основной вид продукции ком-
бикормовых заводов; их скармливают животным в дополнение к соч-
ным, грубым и другим видам кормов, входящих в рационы кормления.
Основное назначение комбикормов-концентратов — повышение содер-
жания белков и минеральных веществ в рационах.
Белково-витаминные добавки (БВД) представляют собой смесь
концентрированных кормов с высоким содержанием белков, витами-
нов, минеральных веществ, микроэлементов и антибиотиков. Обычно
БВД добавляют в зерновую смесь в количестве 20—25% от всей массы
концентрированного корма.
Премиксы — это тоже добавки, но биологически более активные,
обеспечивающие наиболее высокую полноценность комбикормов. Они
состоят из активных ингредиентов (15—20%) и пассивной части —
наполнителя (80—85%). Эти смеси вводят в комбикорм в очень малых
дозах (1—2% премикса и 98—99% обогащаемой зерносмеси).
Комбикормовая промышленность в 1975 г. произвела 41 млн. т
комбикормов-концентратов и 1,2 млн. т белково-витаминных добавок.
Эти добавки позволили дополнительно получить в хозяйствах 7 млн. т
полнорационных комбикормов. К 1980 г. производство комбикормов
будет увеличено до 53 млн. т и белково-витаминных добавок — до
4 млн. т в год. Наряду с этим будет произведено непосредственно в кол-
хозах и совхозах 24—28 млн. т комбикормов.
В настоящее время в сельскохозяйственном производстве создается
новая специализированная кормообрабатывающая отрасль. В этой
отрасли определились три основных типа предприятий: 1) по произ-
водству комбикормов-концентратов; 2) по производству полнорацион-
ных брикетированных кормов с использованием незерновой части рас-
тений; 3) комплексные предприятия по производству комбикормов-кон-
центратов и полнорационных брикетов (производительностью до
20 т/ч).
Наглядное представление об организации технологического про-
цесса приготовления комбикормов в хозяйствах на основе местного
сырья и БВД, получаемых от комбикормовой промышленности, дает
схема, изображенная на рис. 117. На схеме сплошными линиями пока-
заны операции, характерные для производства комбикормов-концент-
ратов по принципу смешивания измельченного зерна с БВД (1-й тип
межхозяйственных предприятий). Пунктирными линиями представ-
лены операции, связанные с производством полнорационных брикети-
рованных кормов и гранулированной травяной муки. Как видно из
схемы, процесс производства комбикормов весьма сложный, включает
несколько технологических процессов со своими поточными линиями,
каждая из которых может состоять из нескольких участков.
В соответствии с новой системой машин промышленность произ-
водит комплекты оборудования под маркой ОКЦ (оборудование для
кормоцехов). В настоящее время это основной тип оборудования в по-
точных технологических линиях приготовления кормов. Гипронисель-
216
Зерно
Солома, стержни
Зеленая масса
I
Кондиционирование
I
Смешивание
Рис. 117. Схема технологического процесса производства комбикормов
по принципу смешивания местного сырья с готовыми добавками БВД
хоз разработал серию типовых проектов на базе агрегатов ОКЦ. На
рис. 118 представлена конструктивно-технологическая схема комби-
кормового цеха унифицированной серии (типовой проект № 814-73),
созданного на базе агрегата ОКЦ-ЗО производительностью 4т/ч (на
рассыпных комбикормах).
В цехе имеются три основные поточные линии: загрузка бункеров 6
(рис. 118, б) сырьем; подача сырья на комбикормовый агрегат 13\
производство комбикормов и загрузка готовой продукции в бункера 22.
5.1.3. Технология приготовления влажных рассыпных кормовых
смесей. В зависимости от зональных хозяйственно-климатических
условий кормовые рационы для крупного рогатого скота могут быть
с максимальным применением зеленой массы летом, сена и соломы
зимой. В качестве стимулятора надоев широко используют корнеплоды.
При силосно-концентратном кормлении доля силоса достигает
70—80% от питательности рациона; в этих случаях ограничиваются
созданием небольших кормоприготовительных отделений. В зерно-
производящих районах широко распространены рационы с высокими
нормами скармливания соломы крупному рогатому скоту и овцам;
в этих случаях создают кормоцехи с отделениями для приготовления
амидоконцентратных добавок. В свеклосеющих районах преобладают
рационы с большим содержанием жома, особенно на откормочных
фермах крупного рогатого скота; здесь строят специальные отделения
по приготовлению смеси мелассы с карбамидом для сдабривания жома.
На свинофермах в районах с развитым картофелеводством преоб-
ладают рационы с большим содержанием запаренного картофеля.
В кормоцехах готовят смеси запаренного или вареного картофеля с кон-
центратами, витаминной травяной мукой, корнеплодами, обратом
и минеральными добавками. При отсутствии картофеля применяют
комбинированные рационы из силоса, корнеплодов, зеленых кормов
и концентратов с приготовлением кормосмесей влажностью 65—70%.
Компоновка поточных линий показана на рис. 119.
На рис. 120 представлен кормоцех Всесоюзного научно-исследова-
тельского института электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ),
предназначенный для приготовления многокомпонентных влажных
кормовых смесей (влажностью до 70%) с возможностью использования
измельченной соломы без запаривания. Машины кормоцеха объеди-
нены в поточные технологические линии.
Технология приготовления кормов следующая [69]. Грубый корм
из скирд фуражиром ФН-1,4 загружают в кормораздатчик 2 (КТУ-10А)
и доставляют в кормоцех. Из КТУ-10А (привод на стационаре от пере-
движного электродвигателя <3) солома подается в дробилку 1 марки
ДКВ-1,5 (с вентилятором) для более тонкого измельчения, а если этого
не требуется, то на сборный ленточный транспортер 4 марки ТЛ-4
для подачи на линию смешивания. В дробилке 1 солома измельчается
в дерть и по пневмопроводу через циклон 29 и распределительный шнек
30 попадает в бункера-накопители 6 общей вместимостью 60 м3. Эти
бункера представляют собой кузова кормораздатчиков КТУ-10 с над-
ставными бортами. Из бункеров измельченная солома дозированно по-
218
Рис. 118. Комбикормовый цех производительностью 4 т/ч:
а — помещения и оборудование: 1 — отделение приготовления рассыпных комбикормов;
и — котельная; III — отделение гранулирования; IV — приточная камера; V — диспет-
черская; VI — лаборатория; VII — комната персонала; VIII — гардероб; /X — камера
обеспыливания; X — санузел; X/ —душевая; / — автомобильный разгрузчик ГУАР-25;
2 — завальная яма; 3, 3, И и !3 — нории; 4, 6, !4 и /5 — цепные транспортеры ТСЦ-25;
5 — приемный бункер; 7 — бункера для сырья; 9 — комбикормовый агрегат ОКЦ-ЗО; 10 —
гранулятор ОГМ-1,5; 12 — накопительная емкость; 16 — бункера для готовой продукции;
6 — схема технологического процесса: / — автомобильный разгрузчик ГУАР-25: 2 — за-
вальная яма; 3 12, 14 и 18 -- нории; 4, 5, 7, 19 и 20 — цепные транспортеры ТСЦ-25; 6 —
бункера для сырья БВД; 8 — ленточный (напольный) транспортер; 9 — платформенные
Весы ВПГ-500- 10 — дробилка; // — приемный бункер; 13 — комбикормовый агрегат ОКЦ-ЗО;
1S — накопительная емкость; !6 — гранулятор ОГМ-1,5; 17 — перекидной клапан; 21 —
задвижка с электроприводом; 22 — бункера Для готовой продукции; 23 — ручная задвижка
дается на сборный транспортер 4 для смешивания с другими кор-
мами.
Силос зимой и зеленую массу летом тракторными прицепами или
автосамосвалами доставляют в кормоцех и сгружают в бункер-нако-
питель 5, установленный в приямке под навесом, из которого далее они
так же дозированно выдаются на сборный транспортер 4. При необхо-
димости этот бункер можно использовать для приема сенажа или жома.
Рис. 119. Поточные технологические линии унифицированных кормоцехов серии
КЦС (для свиней):
1 — зеленых кормов и сенной муки; 2 — концкормов; 3 — корнеплодов; 4 — смешивания;
5 — выдачи готовых кормов
Корнеклубнеплоды из транспортных средств сгружают в приемные
бункера 13 общей вместимостью 20 м3, оборудованные транспортером 12
марки ТК-5Б, который подает их в мойку 14, сблокированную с измель-
чителем КПИ-4. Вымытые и измельченные корнеклубнеплоды посту-
пают в бункер-дозатор И и из него далее — на сборный транспортер 4.
Концентрированные корма поступают в кормоцех в измельченном
виде, как готовый комбикорм. Из самосвалов их сгружают в бункер-
накопитель 8 вместимостью 20 м3, оборудованный металлической сет-
кой и шнековым питателем 7. Из бункера 8 комбикорм подается шнеко-
вым наклонным транспортером 10 в бункер-дозатор 9 и через него на
сборный транспортер 4 или на горизонтальный шнек 20 для подачи
в бак-смеситель 19 для осолаживания. Осоложенный комбикорм мер-
220
Рис. 120. Схема кормоце-
ха (проект ВИЭСХа) для
приготовления влажных
кормовых смесей
ным устройством дозированно выдается на смешивание с другими кор-
мами. Бункер-дозатор 9 при необходимости используется для подачи
в кормосмесь витаминной травяной муки.
Раствор мелассы с карбамидом, минеральными и другими добав-
ками приготовляют в смесителе 22 мелассы марки СМ-1,7. Приготов-
ленный раствор подают на смешивание с другими кормами через бак-
смеситель 19 или через смеситель-дробилку 21 марки ДСВ-15.
Воду для приготовления растворов нагревают в электроводонагре-
вателе 26 марки ЭПВ-2А и сохраняют в баке 25.
Смешивание кормов обеспечивают ленточный сборный транспор-
тер 4 и смеситель-дробилка 21. Над транспортером установлено уст-
ройство 23 для выравнивания толщины слоя на транспортере. Выдача
готовой кормовой смеси в кормораздатчики 17 производится наклон-
ным скребковым транспортером 18.
Отвод грязной воды производится через трап 15 в колодец 16.
Управление всем оборудованием дистанционное, с. электропульта
24. Приборы защиты электроустановок размещены в щитовой в элект-
рошкафах 28. Для обогрева помещения в зимнее время установлен авто-
матический электрокотел 27.
Согласно проекту производительность кормоцеха до 60 т за смену.
Установленная мощность электродвигателей 116 кВт. Обслуживают
цех 2—3 человека в смену. Площадь застройки с навесами 324 м2,
в том числе основного помещения с капитальными стенами 90 м2.
Масса установленного оборудования 16,2 т.
На откормочных комплексах «Вороново» Московской области,
«Пашский» Ленинградской области и других с откормом 10 тыс. голов
в год в первый период откорма телятам от 7 до 115 дней скармливают
регенерированное молоко и специальные комбикорма. Во второй период
откорма (от 115 до 392 дней) молодняку скармливают кормовую смесь
из сенажа с комбикормом, для приготовления которой на комплексе
«Вороново» имеется автоматизированный кормоцех (рис. 121). Техно-
логический процесс в нем протекает следующим образом. Сенаж от
места хранения до кормоцеха второго периода доставляют трактор-
ным прицепом с боковой разгрузкой и перегружают на наклонный тран-
спортер 4, откуда горизонтальным ленточным транспортером 5 он
направляется в дозатор-смеситель 6, снабженный ворошилкой.
Десятидневный запас комбикормов хранят в четырех бункерах 3
вместимостью 90 м3 каждый. Доставку комбикормов к кормоцеху осу-
ществляют кормовозами ЗСК-10, которые разгружают корм в прием-
ный бункер 1 нории 2. Бункера в нижней части оборудованы шнековы-
ми извлекателями, направляющими корм через наклонные транспор-
теры в дозатор-смеситель 6 для смешивания с сенажом или измельчен-
ным люцерновым сеном. Готовая смесь по пневмопроводу 7 направляет-
ся в бункера 8 в помещениях для содержания молодняка и распределя-
ется по фронту кормления скребковыми транспортерами. Воздушный
поток создается мощным компрессором 10.
5.1.4. Технология приготовления жидких (текучих) кормовых сме-
сей. Наряду с кормлением сухими и влажными кормосмесями широ-
222
кое применение находит кормление жидкими кормами, особенно в сви-
новодстве. Так, на комплексах с откормом 108 тыс. свиней в год пре-
дусмотрены два типа кормления: сухими комбикормами вволю — поро-
сЯт-отъемышей (с 26 до 106 дней) и нормированное кормление жидкими
кормами — всех остальных групп свиней. Жидкие (текучие) корма
имеют влажность 78—85% и транспортируются по трубам.
Комплексы «Кузнецовский» Московской области «Восточный» Ле-
нинградской области и им подобные имеют по пять кормоцехов с оди-
наковой технологией, где комбикорма разбавляют водой в соотноше-
ниях 1:3(1 кг комбикорма на 3 кг воды). Корм поступает в цех со свое-
го комбикормового завода производительностью 15 т/ч комбикормов
и 3 т/ч премиксов.
Рис. 121. Технологическая схема кормоцеха для второго периода откорма молод-
няка крупного рогатого скота на комплексе «Вороново»
Технологическая схема кормоцеха представлена на рис. 122.
Внутренним автотранспортом комбикорм доставляют в кормоцех и
засыпают в приемный бункер 1 (вместимостью 0,4 м3) со шнеком, откуда
норией 2 и шнеком-распределителем 3 загружается в один из бункеров-
накопителей 5 (вместимостью 30 м3). Заполнение бункеров контроли-
руется датчиками 4 максимального и минимального уровня, электри-
чески сблокированными с приводом затворов распределительного шне-
ка 10. Производительность этого участка линии составляет 15—20 т/ч.
В конусе бункера 5 установлен шнековый извлекатель 6 со спи-
ралью переменного шага для устранения возможности забивания кор-
мом.
Из бункеров-накопителей 5 корм поступает на автоматические весы
Для дозирования порций. Грузоподъемность весов 500 кг. Из дозатора 9
корм через распределительное устройство 8 со шнеком 10 поступает
в один из четырех смесителей 13. Смеситель представляет собой верти-
кально расположенную цилиндрическую емкость (4,8 м3), внутри кото-
рой имеется устройство для механического и гидравлического переме-
шивания корма с теплой водой.
223
Для предотвращения пыления при загрузке корма смесители обору,
дованы специальными оросителями в виде кольцеобразной трубы с от-
верстиями для истечения легких струй воды.
Горячая вода подается в кормоцех от общей теплоцентрали или от
водогрейного котла; в бойлере 12 она смешивается с холодной водой
из водопроводной сети. Количество воды, подаваемой в (месители 13,
контролируется указателями уровня. Готовая смесь должна иметь
температуру 323—328 К.
К теплоцентрали
От теплоцентрали
7
/4
Рис. 122. Технологи-
ческая схема кормо-
цеха для приготовле-
ния жидких кормов
комплекса «Кузнецов-
ский» на 108 тыс. сви-
ней в год
Готовая жидкая кормосмесь из смесителей подается насосами 14
в свинарники по замкнутой системе трубопроводов 17, оборудованных
клапанами 15,16. Это позволяет излишки поданного корма направлять
из свинарников обратно в смеситель. Один насос 14 обслуживают два
соседних смесителя 11. В одном смесителе производится приготовление
кормосмеси, а другой заполнен чистой водой для промывания системы
кормопроводов до и после раздачи жидких кормов животным. По-
дача насоса 0,006 м3/с.
Управление процессами приема, складирования, дозирования,
смешивания и выдачи готовых кормов централизовано и производится
с пульта управления 7.
Для приготовления жидких кормов используют пищевые отходы.
Перед употреблением пищевые отходы для уничтожения болезнетвор-
224
Hbix бактерий должны быть стерилизованы в варочных котлах, куда
подается перегретый пар при температуре 393—403 К. Полная стери-
лизация отходов обеспечивается при продолжительности варки 40—
50 мин. Для ускорения процесса стерилизации в запарниках непре-
рывного действия пищевые отходы предварительно измельчают на
мощных молотковых дробилках (совхоз «Останкино» Московской обл.).
В последние годы операцию измельчения исключают из технологичес-
кой схемы (совхоз «Заволжский» Калининской обл. и др.), так как до
варки очень трудно отделить от массы отходов посторонние включения
(тряпки, консервные банки и т. п.).
ВИЭСХ разработал проект кормоцеха для свиноводческих комплек-
сов на 12—24 тыс. голов откорма в год при кормлении животных пище-
выми отходами в смеси с комбикормом. Он применяется в пригородных
хозяйствах вблизи больших городов. Доля пищевых отходов в рационе
составляет до 409» по питательности [60].
В системе машин на 1976—1980 гг. предусмотрено производство
комплектов оборудования для таких кормоцехов. В комплект входят
ковшовый погрузчик кормов НПК-30 (4 шт.), лебедка Т-66А, дробилки
пищевых отходов ДПО-20 (2 шт.), смесители-запарники АПС-6 (5 шт.),
компрессор КСЭ-5М, ресивер вместимостью 10 м3, продувочные котлы
вместимостью 5 м3, вакуум-насос для их загрузки, оборудование для
дозирования (весы автоматические ДК-100) и транспортирования ком-
бикормов, а также пульт управления и другое вспомогательное обо-
рудование.
5.2. АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМБИКОРМОВ
И ПИТАТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ
5.2.1. Автоматизированные комбикормовые агрегаты серии ОКЦ.
Комплекты оборудования для комбикормовых цехов (ОКЦ) предназна-
чены для производства в колхозах, совхозах и на межхозяйственных
комбикормовых заводах полнорационных рассыпных комбикормов
из собственного фуражного зерна, покупных белково-витаминных до-
бавок (БВД) и добавок своего производства (травяная мука, кормовые
дрожжи, соли и др.).
В системе машин на 1976—1980 гг. предусмотрены и промышлен-
ностью производятся комплекты ОКЦ трех типоразмеров для унифи-
цированной серии кормоцехов со сменной производительностью 15,
30 и 50 т рассыпных комбикормов. Оборудование агрегатов скомпоно-
вано в одном или двух (ОКЦ-50) блоках. Централизованное управление
механизмами, наличие средств автоматизации технологического про-
цесса и контрольно-предупредительной аппаратуры упрощают работу
обслуживающего персонала и позволяют получать комбикорм высокого
качества.
Комбикормовый агрегат ОКЦ-15 (рис. 123) устанавливается в кор-
моцехе (типовой проект № 814-74) или в помещении зернофуражного
склада. Основные узлы агрегата: решетный стан 1, смеситель 3, нория 4
8 С, В. Мельников 225
с магнитной колонкой 5, бункера — зерновой 15, начальный 14 и ко-
нечный 13 со шнековыми дозаторами 12, дробилка 17 и шнеки.
Технологический процесс протекает следующим образом. Зерно
из транспортных средств или транспортером из зернофуражного склада
подается на решетный стан 1, очищается от крупных примесей и, пройдя
транзитом через смеситель 3, поступает в норию 4. Нория подает зерно
на магнитную колонку 5 для очистки от металлических примесей, далее
зерно шнеком 6 нории распределяется по двум секциям зернового бун-
кера 15.
Белково-витаминные добавки тем же путем подаются в бункера 13
или 14. Если хозяйство организует производство добавок из своего
сырья, то их можно приготовить в смесителе 3. В этом случае компо-
Рис. 123. Технологическая схема комбикормового агрегата ОКЦ-15
ненты добавок взвешивают на весах и загружают в смеситель через
загрузочную горловину 2 или через решетный стан, если они требуют
подработки на решетах. Число компонентов не ограничено. Зерно
для измельчения подается из бункера 15 в дробилку 17 дозирующим
шнеком 16.
Грубая регулировка подачи зерна из бункера в шнек производится
шиберными задвижками, расположенными над выгрузными люками
секции бункера 15. Более точное регулирование подачи зерна в дро-
билку производится путем изменения частоты вращения дозирующего
шнека от пт|П = 0,315 мин"1 до птах = 22,7 мин"1 с помощью храпового
механизма, смонтированного на приводном конце шнека. Загрузка
дробилки 17 (КДМ-3) контролируется по амперметру-индикатору.
Зерновая дерть воздушным потоком дробилки по трубопроводу
направляется в циклон 7 и через шлюзовой затвор его поступает в шнек
8 дробилки. Шнек имеет просеивающее устройство, в котором взамен
витков шнека на валу закреплен щеточный барабан 9, а нижняя часть
кожуха заменена решетом. Это устройство разделает дерть на две фрак-
ции — мелкую, проходящую через решето в расположенную под ним
226
секцию бункера 13, и крупную, сходом попадающую в соседнюю сек-
цию.
Зерновые компоненты и БВД извлекаются из бункеров 13, 14
шнековыми дозаторами 12, которыми оборудована каждая секция
бункера. Шнековые дозаторы выдают компоненты в рецептурной про-
порции в нижний шнек 11, который вместе с вертикальным шнеком
является смесителем непрерывного действия.
Установку любого дозатора на необходимую выдачу соответствую-
щего компонента осуществляют поворотом лимба храпового механизма
привода, с помощью которого изменяют частоту вращения шнека доза-
тора от Zimin = 0,24 мин-1 до nmax = 17,7 мин'1.
Готовый комбикорм в кормораздатчики или транспортные средства
выгружают наклонным.шнеком 10.
Управление работой агрегата осуществляется дистанционно с
пульта управления. На пульте изображена мнемосхема технологичес-
кого процесса. Имеется сигнализация о включении электродвигателей
(световая), о пуске технологических линий (предупредительная), об
остановке механизмов (аварийная), а также сигнализация уровней
материалов в бункерах (световая и звуковая) и положения выпускных
задвижек шнеков. Предусмотрена блокировка электродвигателей по
технологическим линиям, выполненная так, чтобы последовательность
пуска и остановки механизмов, а также аварийная остановка любой
машины исключали возможность завалов.
Все секции бункеров оборудованы датчиками верхнего и нижнего
уровней. При заполнении бункера на пульте управления загорается
соответствующая сигнальная лампа и включается звуковой сигнал.
При закрытии задвижки звуковой сигнал отключается- При израсходо-
вании компонента из бункера срабатывает датчик нижнего уровня, на
пульте гаснет соответствующая сигнальная лампа и включается звуко-
вой сигнал. Помимо этого, непосредственно на машине установлены
посты управления дробилкой и приводом задвижки смесителя, а также
две аварийные кнопки, позволяющие остановить все механизмы агре-
гата.
Кинематическая схема агрегата ОКЦ-15 включает привод от 13
электродвигателей, в том числе 6 мотор-редукторов [28].
Агрегаты ОКЦ всех типоразмеров имеют одинаковую технологи-
ческую схему и компоновку оборудования, за исключением агрегата
ОКЦ-50, оборудование которого скомпоновано в два самостоятельных
блока: зерновой и мучной.
Зерновой блок состоит из нории 1 (рис. 124) с магнитной колон-
кой 2, шнека 3 нории с задвижками, трех зерновых бункеров 4 с доза-
торами 5, нижнего зернового шнека 6, распределительного шнека 7
и трех дробилок 8 с циклонами 17.
Мучной блок состоит из решетного стана 9, смесителя 11 с загрузоч-
ной горловиной 10, мучной нории 12 с магнитной колонкой 13, распре-
делительных шнеков 14, 15, дробилки 8 и нории 12, трех мучных
бункеров 16 с дозаторами 19, нижнего мучного шнека-смесителя 18
с вертикальной частью и наклонного выгрузного шнека 20.
8*
227
Экономические показатели агрегатов ОКЦ приведены в табл. 21.
Таблица 21. Экономические показатели работы
комбикормовых агрегатов
Показатели ОКЦ-15 ОКЦ-ЗО окц-эо
Затраты труда, чел.-ч/т 1,90 0,93 0,72
Издержки производства И, руб./т 4,09 2,90 2,44
Капиталовложения К, руб.т 12.2 6,90 4,95
Приведенные затраты (И + 0,12 К), руб /т 5,50 3,72 3,03
5.2.2. Агрегат АЗМ-0,8 для приготовления заменителей молока.
В связи с концентрацией и специализацией животноводства возник
новый вид хозяйств — специализированные фермы и комплексы по вы-
ращиванию нетелей или первотелок, в которые телята 10—20-дневного
возраста поступают из профилактория молочного комплекса. В рацион
телят молочного возраста (телки до 6 мес, бычки до 4 мес — первый
период откорма) вводят молоко или заменители, а по мере роста телен-
ка также специальные комбикорма, травяную муку, корнеплоды и дру-
гие корма.
228
Так, на откормочном комплексе «Вороново» в первый период (до
115 дней) молодняку скармливают регенерированное молоко, приго-
товленное на комбикормовом заводе в виде порошка. Заменитель цель-
ного молока (ЗЦМ) разбавляют теплой водой в специальных емкостях,
установленных непосредственно в телятниках, откуда насосами распре-
деляют по кормушкам.
Всесоюзный институт животноводства рекомендует следующий ре-
цепт комбикормовой смеси: кукурузной муки — 24%, овсяной и пше-
Рис. 125. Агрегат АЗМ-0,8
ничной муки — по 10%, пшеничных отрубей — 20%, шрота — 25%,
рыбной муки — 5%, дрожжей — 4%, а также макро- и микродобавок
(соль, мел, микроэлементы и др.) — 2%. В сочетании с таким комби-
кормом можно приготовить жидкий заменитель молока в составе:
комбикормовая смесь — 80—100 кг, снятое молоко (обрат) — 200—
300 л, вода — 320—400 л, витаминизированный рыбий жир — 2—3 кг,
сахар — 3—5 кг, антибиотик (препарат БКВ) — 0,1 кг, микроэлемен-
ты — хлористый кобальт 0,4 г, сернокислый марганец 0,8 г, сернокис-
лая медь 0,8 г. Кроме того, учитывается, что при обработке острым па-
ром в состав ЗЦМ еще добавится около 100 л воды от конденсации пара.
Для приготовления заменителей молока используют агрегат
ЛЗМ-0,8 (рис. 125), представляющий собой вертикально расположен-
229
ный смеситель-запарник кормов порционного действия. Агрегат может
работать самостоятельно или в технологической линии в комплексе с
установкой УВТ-20 для выпойки телят.
Смеситель-запарник агрегата состоит из двух корпусов — наруж-
ного 7, изготовленного из конструкционной и внутреннего 9 из нержа-
веющей стали. Между корпусами имеется воздушная теплоизоли-
рующая рубашка толщиной 23 мм, которая при охлаждении готовой
смеси заполняется проточной водой через кран 18. Внутренний корпус
заполняют водой через кран 19, а комбикормами — через приемный
бункер 5 с помощью загрузочного вертикального шнека 6. Приемный
бункер сверху закрыт сеткой, предохраняющей от попадания в него
посторонних предметов, и внутри оборудован рыхлителем-швырял-
кой, предохраняющей от образования сводов. Обрат в корпус подается
через патрубок 1 при открытом кране 20 главного трубопровода 2.
Жиры, биостимуляторы и другие добавки подают через бачок 10 с по-
мощью насоса-эмульсатора 14 при открытом кране 13.
Насос-эмульсатор предназначен для эмульсирования смеси, подачи
в агрегат обрата и промывки трубопроводов от остатков кормов. Не-
подвижным диском он разделен на насосную и эмульсионную камеры.
В насосной камере вращается крыльчатка, которая выкачивает кор-
мовую смесь из смесителя и под давлением подает ее в эмульсионную
камеру. В этой камере на неподвижном диске укреплены два ряда штиф-
товых рассекателей и имеется вращающийся диск, на котором укреп-
лены штифтовые рассекатели в три ряда, т. е. имеется дезинтегратор,
аналогичный аппарату измельчителя ИГК-ЗОБ. Проходя через ряды
штифтов, корм измельчается, и получается тонкодисперсная эмульсия,
которая в качестве готового корма через главный трубопровод направ-
ляется животным.
Для защиты насоса-эмульсатора от засорений кормовая масса в него
поступает через фильтр 17.
Рабочий процесс агрегата протекает следующим образом. Сначала
смеситеть-запарник заполняют водой из водопроводной сети, а прием-
ный бункер — комбикормом. Затем включают мешалку ~4, шнек 6
и перемешивают комбикорм с водой. Одновременно от котла через
патрубок 3 с краном подают пар под давлением 40—70 кПа (0,4—
0,7 кгс/см2), нагревают воду и запаривают комбикорм при температуре
350 К в течение 1 ч. Мешалку при этом включают периодически. В кон-
це запаривания температуру смеси доводят до 368 К, выдерживают
смесь (томят) в течение 5—7 мин и затем прекращают подачу пара.
Далее смесь охлаждают проточной водой, подаваемой в рубашку
между стенками корпуса, до температуры 325—330 К и после этого
насосом-эмульсатором 14 подают в смеситель жиры и добавки. Пере-
мешивают загруженные компоненты циркуляцией по замкнутой сис-
теме: смеситель -> фильтр 17 -> насос-эмульсатор 14 -> кран 15 -+
труба 11 -> смеситель. При понижении температуры смеси до 320 К,
наблюдаемой по термометру 12, в смеситель через фильтр 17 подают
обрат. Далее, охлаждают до 308—310 К, после этого готовую смесь
насосом-эмульсатором через выпускной шланг 16 перекачивают в бак-
230
накопитель установки УВТ-20 для выпойки телятам или заливают
во фляги.
Оставлять готовый корм в агрегате более 4 ч не рекомендуется.
После выгрузки корма агрегат тщательно промывают водой, циркули-
рующей по системе.
Привод шнека и вала смесителя осуществляется электродвига-
телем 8.
За 3,5 ч на агрегате приготовляют 800 кг заменителя молока при
удельном расходе пара 0,12 кг/кг.
5.2.3. Установка СМ-1,7 для смешивания мелассы с карбамидом.
В районах свеклосеяния и сахароварения кормовые рационы, особенно
рогатому скоту на откорме, составляют на основе жома, сдабривае-
мого мелассой и карбамидом. Для приготовления водного раствора
мелассы с карбамидом используют комплект технологического обору-
дования СМ-1 (рис. 126). Комплексная установка включает смеситель 3,
Цистерну 4 для хранения расходного запаса мелассы, фильтр 2, насос
7/, электрооборудование и систему трубопроводов 10. Установка мон-
тируется на общей раме 9.
Смеситель представляет собой цилиндрическую емкость, внутри
Которой установлена одновальная мешалка с приводом через червяч-
ный редуктор 5 от электродвигателя. На смесителе расположены пат-
рубки для присоединения трубопроводов горячей воды, мелассы, от-
бора готового раствора и горловина с крышкой для доступа в смеситель
231
и загрузки (вручную) карбамида. Количество раствора в смесителе
контролируется по указателю 6 уровня.
Цистерна 4 оборудована внутри радиаторной батареей для подогре-
ва мелассы паром. При обычной температуре в цехе меласса не обладает
текучестью, поэтому для перекачки по трубам ее следует разжижать
путем подогрева до температуры 335—345 К- Надежность перекачки
подогретой мелассы по трубам обеспечивается тем, что все основные
узлы оборудованы пароподогревом, т. е. корпусами с двойными стен-
ками, образующими паровую рубашку (приемная воронка, фильтр тон-
кой очистки, насос для мелассы). Пар подается под давлением 50—
70 кПа.
Приемная воронка 1 служит для приема мелассы из транспортных
средств и устанавливается с наружной стороны здания. Она снабжена
фильтром грубой очистки.
Перед шестеренчатым насосом 11 марки НШП-20-51 на линии рас-
положен фильтр 2 тонкой очистки, который состоит из двойного кор-
пуса для пароподогрева, фильтрующей сетки и крышки с резиновой
прокладкой. Уровень мелассы контролируется по указателю 8.
Работа установки СМ-1,7 складывается из трех самостоятельных
операций: 1) прием мелассы из транспортных средств и перекачка ее
в цистерну для хранения; 2) загрузка в смеситель компонентов и их
смешивание; 3) выдача готового питательного раствора с перекачкой его
в раздатчик мелассы и карбамида или другие средства. Кормовую смесь
мелассы с карбамидом готовят не ранее чем за 60—80 мин до раздачи
животным.
Рабочий процесс происходит следующим образом. Вначале в смеси-
тель заливают горячую воду температурой 335—345 К. Затем через
загрузочный люк засыпают карбамид (порцию на одну заправку сме-
сителя). Включают мешалку до полного растворения карбамида в воде,
примерно на 1—2 мин. После растворения карбамида в смеситель по-
дается из цистерны шестеренным насосом меласса. На одну часть кар-
бамида добавляют 3—5 частей горячей воды и 9 частей мелассы. Пол-
ное перемешивание и подготовка кормовой смеси длится 6—8 мин, пос-
ле этого ее выдают животным, а смеситель и систему трубопроводов
промывают горячей водой. Для обслуживания цистерна оборудована
лестницей 7.
Установку обслуживает один человек.
5.3. ДОЗАТОРЫ
5.3.1. Основы теории дозирования. Общие понятия. Изу-
чение технологических схем приготовления концентрированных, рас-
сыпных влажных и жидких кормов показало, что во всех этих схемах
основными операциями являются дозирование компонентов и их сме-
шивание.
Дозирование — это процесс отмеривания заданного коли-
чества материала (порции) с требуемой точностью. Степень точности
определяется зоотехническими и технологическими требованиями,
232
J
а также обосновывается экономическими соображениями. Дорого-
стоящие и дефицитные комбикорма дозируются с более высокой точ-
ностью, чем стебельные или корнеплоды. Наиболее строгую точность
дозирования требуется обеспечить при производстве белково-витамин-
ных минеральных добавок, так как малейшее отклонение от норм, пре-
дусмотренных в рецепте для отдельных компонентов, может привести
не только к нарушению пищеварения и заболеванию животных, но
даже к их гибели.
Известны два способа дозирования материалов — объемное и мас-
совое. В отдельных случаях применяется смешанный способ — объем-
но-массовый, когда предварительно отмеривается порция по объему,-а
затем ее масса доводится до заданного значения на весовом устройстве.
По характеру протекания процесса дозирование может быть пор-
ционным или непрерывным.
В технологии приготовления кормов наиболее широкое применение
получили объемный порционный и объемный непрерывный способы.
На комбикормовых заводах и крупных животноводческих комплексах
также применяется массовый порционный способ.
Устройства, предназначенные для отмеривания и выдачи заданной
дозы, называются дозаторами. В соответствии с принятым спо-
собом дозирования дозаторы делят на объемные и массовые.
Объемные дозаторы просты по конструкции и в эксплуатации. Одна-
ко они обеспечивают невысокую точность дозирования.
Для массового дозирования применяются массовые дозаторы пор-
ционного или непрерывного действия; они могут быть оборудованы
средствами автоматического контроля и управления с регистрацией
массы и числа выданных порций. Такие дозаторы позволяют получить
высокую точность дозирования, но они сложны по устройству и
дороги.
Выбор способа дозирования и типа дозатора зависит от свойств
дозируемых материалов, из которых наиболее существенными являют-
ся: плотность, гранулометрический состав сыпучих материалов,
углы естественного откоса и обрушения, влажность, склонность к сво-
дообразованию, слеживаемость, комкуемость и др.
Дозируемость материалов. С. П. Орлов предлагает
классифицировать дозируемые материалы по размерам частиц п плот-
ности (насыпной). Для материалов каждой группы могут быть приме-
нены общие типы дозирующих устройств 156].
В предлагаемой классификации (табл. 22) все материалы делятся
на три большие группы: кусковые, зернистые и жидкие (текучие),
о дозируемости которых судят по качественной характеристике, назы-
ваемой сыпучестью. При недостаточной сыпучести питатели дозаторов
следует оборудовать различного рода побудителями (ворошилки,
вибраторы и т. п.).
К сожалению, качественные характеристики не обладают необхо-
димой точностью, и градации — «достаточная» или «хорошая» сыпу-
честь — порой трудноразличимы. Чтобы преодолеть подобные затруд-
нения и получить возможность количественной оценки сыпучести,
233
Ю. С. Эпиктетов предложил для объемного дозирования метод, харак-
теризующий дозируемость материалов по показателю строгости форми-
рования геометрической формы тела с объемом, равным объему отме-
риваемой порции. Этот метод сводится к следующему.
Таблица 22. Классификация дозируемых материалов по С. П. Орлову |56|
Группа материалов Номер группы Размер частиц, мм Насыпная плотность, кг/м3 Сыпучесть (текучесть) ма сериала
Круппокусковые 1 150 600—2500 Достаточная
Кусковые 2 50—150 500—2000 »
Мелкокусковые 3 10—50 400—1500 Достаточная, хоро- шая
Зернистые 4 0,5—10 300—1500 Хорошая
Порошкообразные 5 0,05—0,5 200—1000 Затрудненная
Пылевидные 6 0,05 100—500 Весьма затруднен- ная
Хлопьевидные 7 Волокна, чешуйки 50—300 То же
Жидкие 8 — — Хорошая
Жидкие—вязкие 9 — — Достаточная
Пастообразные 10 — — Весьма затруднен- ная
При объемном способе дозирования расчетная величина порции
сыпучего материала определяется по формуле
7 = pV,
где р — плотность, кг/м3;
V — объем порции, м3.
При постоянном объеме V отмериваемой порции влияние свойств
материала на возможные отклонения действительных значений вели-
чины q от расчетных оценивается статистическими характеристи-
ками — математическим ожиданием М. (q) и дисперсией D (q). С изме-
нением заданного объема V порции эти характеристики также будут
изменяться, что можно выразить зависимостями среднего квадрати-
ческого отклонения о (q) или коэффициента вариации v (q) от задан-
ного объема порции, т. е. зависимостями п = Л (V) и v = f2 (V).
В свою очередь значение V для любого заданного уровня также
может статистически изменяться. Эти изменения обусловлены выбран-
ным способом формирования поверхности площадью отделяемой
дозатором порции заданного объема.
Различные части общей поверхности формируемого тела могут
быть образованы: площадью жесткой стенки дозатора 5Ж.С, углом есте-
ственного откоса Seo дозируемого материала, углом его обруше-
ния So6p, поверхностью, образованной активным рабочим органом
дозатора при принудительном отделении порции от основной части
материала Sv
Суммарная площадь поверхности объема порции оценивается
выражением
= .с+^е.о + ^обр + ^д. (169)
234
Площади поверхностей Sco п So6p, зависящие от свойств дози-
руемого материала, формируются случайным образом и являются
одной из причин колебаний действительного объема V.
Сумму флюктуирующих площадей Se 0 + So6p обозначим через
п их изменения выразим через отношение
Ли = (Sv-SJ/Sy. (170)
Из формулы видно, что изменение суммарной площади Sy поверх-
ности объема порции зависит только от площади 5Ф флюктуирующей
поверхности, обусловленной свойствами дозируемого материала.
Показатель дозируемости будет иметь максимальное значе-
ние (nvmax = I) в случае, если формируемый объем порции ограни-
чен со всех сторон жесткой стенкой. Такой случай имеет место при
использовании для выдачи порций мерных емкостей (мерников),
которые после заполнения перекрываются задвижками. При этом
погрешности в дозировании будут минимальными.
Площади Se.o и SoCp определяются по средним значениям углов
естественного откоса и обрушения для того или иного материала и
геометрическим размерам тел (пустот), образуемых при отделении
порции.
Показатель дозируемости rjv отражает способность дозатора к точ-
ности объемного дозирования материала и может служить оценкой
совершенства дозирующего устройства.
Из формулы (170) следует, что дозаторы с меньшими значениями
показателя т]р дают более высокую погрешность дозирования.
Если по результатам опытов определить зависимость коэффи-
циента вариации (как показателя погрешности) [v = f (rjv)] от числен-
ного значения показателя Ци, а затем аналогичную зависимость
от показателей точности, то можно оценить приемлемость дозатора
определенного типа для заданных условий работы. Эти условия
задаются зоотехническими требованиями на точность дозирования,
представляющую собой технологический допуск Д. Так, по данным
акад. ВАСХНИЛ А. П. Дмитроченко, допуск на дозирование сте-
бельных кормов может быть принят
A = (Qmax — Qmin)/Qcp ’ 0,1, (171)
гДе Qmax, Qmin, Qcp — расход дозатора, соответственно максималь-
ный, минимальный и средний, кг/с или м3/с.
При нормальном распределении значений погрешности дозатора
величина допуска Д может быть выражена в долях квадратического
отклонения, т. е.
бтах = /рО Д,
где 6тзх — наибольшая погрешность;
ф — показатель достоверности при доверительной вероятно-
сти Р (обычно р = 0,95, при этом /р = 1,96).
На рис. 127 представлена номограмма, разработанная Ю. С. Эпик-
тетовым; она позволяет оценить погрешность объемного дозатора
235
для заданного объема V порции. Например, при допуске А — 0,1,
tp, — 1,96 и V = 250 см3 дозатор комбикормов будет давать погреш-
ность, оцениваемую величиной коэффициёнта вариации, не выше 12%.
Такую погрешность имеют дозаторы с показателем t]v^0,6.
5.3.2. Рабочий процесс доза-
тора. В общем случае процесс
непрерывно-поточного дозирова-
ния состоит в обеспечении вы-
дачи через отверстие непрерыв-
ным потоком с переменной ско-
ростью некоторого материала,
следовательно,
QP
где Qp — расход по параметру,
в данном случае по времени
t, кг/с.
В процессе дозирования осу-
Рис. 127. Номограмма для определения
значений погрешности объемных дозато-
ров сыпучих кормов
ществляется контроль и регист-
рация текущих значений расхода, а также интегрирование этих зна-
чений с целью учета количества выданного материала.
При объемном непрерывном дозировании основным показателем
работы дозатора является его объемный расход Qv (кг/м3); определяе-
мый по формуле,
Qv’ *^отв^ср»
(172)
где S0TB — площадь сечения проходного отверстия, м2;
цср — средняя скорость истечения материала через проходное
отверстие, м/с.
Из формулы видно, что регулирование расхода дозатора можно
осуществлять тремя способами: изменением проходного отверстия
(например, заслонкой, задвижкой и т. п.); скоростью потока; ком-
бинированным способом, когда одновременно могут быть изменены
<S0TB и уСр.
Массовый расход Qa (кг/с) составит
Qm — SoiB^cpP» (173)
где р — плотность материала, кг/м3.
Изменение расхода дозаторов порционного действия может быть
достигнуто либо за счет увеличения порции q выдаваемого вещества
(рис. 128, а) на величину /\q = — qj А/1( либо за счет увеличе-
ния числа порций, выдаваемых за единицу времени при сохранении
размера порции (рис. 128, б), т. е. Л<? = ft (A/i + А/2).
Дозирование — процесс случайный, и самопроизвольное отклоне-
ние любого из трех сомножителей (S0TB, аср, р) ведет к отклонению
значений расхода от заданной величины, т. е. к возникновению по-
грешностей.
236
Идеальная работа дозатора описывается равенством Qz = Qp (/).
Но в действительности из-за влияния ряда неучитываемых факторов
(свойства материала, особенности
конструкции дозатора и др.) воз-
никают погрешности, и тогда урав-
нение работы дозатора будет иметь
вид
Qp (/)-(?(/) = 6. (174)
Действительная величина аб-
солютной погрешности не должна
превышать допустимого значения,
т. е. 6 -С бдоп = Л. В кормопри-
готовлении допускается относитель-
ная погрешность дозаторов: объем-
ных — 10— 12 %, массовых — 1 —3 %.
При заводском производстве
комбикормов принято определять
погрешность в зависимости от до-
ли ингредиента, входящего в смесь
по рецепту. Так, отклонения от
заданного состава комбикормов
не должны превышать: ±10% —
при дозировании ингредиентов, вхо-
дящих в смесь в количестве 10%
и более от массы смеси; ±0,5 ?о —
при дозировании ингредиентов, со-
ставляющих 10% смеси; ±0,1%
при дозировании минеральных ин-
гредиентов [26].
Рис. 128. Способы регулирования рас-
хода дозаторов:
а — увеличение выдаваемой порции; б —
увеличение количества порций в едини-
цу времени; в — увеличение частоты вра-
щения вала дозатора непрерывного дей-
ствия
Если Qa. — действительный объемный расход, замеренный в опыте,
то среднее значение абсолютной погрешности определится по фор-
муле
5cP = S(Q^-QP)/n.
(175)
где п — количество замеров.
Полагая, что при непрерывном дозировании погрешность меня-
ется также непрерывно и подчинена нормальному закону распределе-
ния, можно написать выражения:
для эмпирической интегральной функции
Fn (б) = Р1б( < бдоп |
И для плотности распределения
fn (б)
1 (
—exp J — ±1---
а у 2 л; ( 2а2 J
(176)
где Q — среднеарифметическое значение расхода, м3/с.
237
По способу
дозирования
По характеру
действия
По назначению
дозируют
Дозаторы кормов
объемные \ f массовые
непрерывные i/ \ пор ц и о н н ы е
________________________ -I______________________
- г" ~ " ; " . ~ т
Сухие сыпучие корма Влажиые^ассыпные
j - ------------
Жидкие корма
Классификационные признаки
По типу
рабочих
органов
I
I
Комбикорма
Брикеты, гранулы
Стебель-
ные
Барабан- ные — Ленточные
Тарельча- тые - Весовые устройства
Шнековые — Секторные
Мерные емкости — Шиберные
Ленточные
Платфор-
менные
Вибра-
ционные
Штифтовые
По степени
автоматизация
i
С ручным управлением
1
По способу регулирова- ,
иия дозы
изменением
Рис. 130. Классификация
Частоты
вращения
Объем мерной
емкости
Автоматизированные
Автоматизация управления процессом
дозаторов кормов
Жидкие
Жидкие,
вязкие
Мерная
емкость
Камерные,
вагонетки
I
А втом атические
Рабочей длины
барабана
Длительности
дозирования
Поперечного
сечения слоя
корма
Пасто-
образные
Скорости
движения
кормоносителя
Количества
мерных емко-
стей
Смещением
противовеса
Положением
уровнемера
Комбинирова-
нием нескольких
параметров
на строго определенное время или имеющие средства для регулиро-
вания расхода.
Для объемного дозирования жидких кормов используют мерные
емкости разных конструкций.
По уровню автоматизации различают дозаторы: с ручным управ-
лением, автоматизированные и автоматические. У дозаторов с руч-
ным управлением процесс дозирования производится оператором.
В автоматизированных или полуавтоматических дозаторах часть
работы оператора выполняется с помощью механизмов (отсчет числа
порций, подача материала в дозатор и т. д.). Автоматические доза-
торы могут работать как по разомкнутому, так и по замкнутому циклу.
При работе по разомкнутому циклу дозаторы работают как испол-
нительные механизмы, обеспечивающие выдачу заданного количества
вещества независимо от изменения его параметров. Настройка рас-
хода может производиться как вручную, так и дистанционно. При
работе по замкнутому циклу подача вещества изменяется по управляю-
щим сигналам системы автоматического регулирования, следящей
за ходом процесса.
5.3.4. Устройство и расчет дозаторов. Технологический расчет
дозаторов предусматривает определение расхода, оценку погрешности
дозирования и расчет мощности, затрачиваемой на процесс.
Объемные дозаторы непрерывного действия
длясухих сыпучих кормов. Барабанные доза-
торы устанавливают под бункерами; они отличаются простотой
устройства, устойчивостью режима работы, но имеют сравнительно
небольшой расход. Корм поступает в корпус 2 (рис. 131, а) дозатора
и в желобки барабана 1, которыми он переносится в смеситель или
на сборный транспортер.
По конструкции барабаны бывают ребристые, желобчатые и ло-
пастные. Расход регулируется изменением частоты вращения бара-
бана 1, реже изменением длины рабочей части барабана, иногда
изменением объема желобков при повороте специальных подвижных
лопастей 4 (рис. 131, б). Частота вращения барабана 0,5—0,7 с"1.
Массовый расход барабанного дозатора определяют по формуле [26]
Q = FJznzpq, (180)
где F./K — площадь поперечного сечения одного желобка, м2;
I — длина рабочей части желобка, м;
z — число желобков;
ис— частота вращения барабана (пс 0,16<в), с"1;
р — плотность, кг/м3;
Ф — коэффициент наполнения желобков (<р = 0,8—0,9).
Мощность, расходуемая на привод барабанного дозатора, опреде-
ляется в основном трением корма, захватываемого барабаном, о выше-
лежащие слои его. Сила трения Ртр, возникающая при этом, может
быть определена по формуле
P-tp — f(pF&)>
241
где р — давление корма на поверхность барабана, Па;
Лб — площадь поперечного сечения горловины бункера над бара-
баном, м2.
Мощность, необходимая для дозирования, равна
Мд — P^pVk^lOOO, или
Мд = ^6^1/1000,
где v — окружная скорость барабана, м/с;
ki — коэффициент, учитывающий затрату энергии на возможное
измельчение корма при захватывании его желобком (для
порошкообразных кормов = 1; для кусковых kr — 2).
4 5
Рис. 131. Барабанные дозаторы непрерывного действия:
/ __ барабан; 2 — корпус; 3 — заслонка; 4 — подвижная лопасть
Установленная мощность двигателя рассчитывается по формуле
Мдв = М„МпПдв), (181)
где fe2 — коэффициент, учитывающий потери мощности на трение
рабочих органов (/г, = 1,1—1,2), кВт;
т] — КПД передачи;
Цди — КПД электродвигателя.
Шнековые дозаторы применяют для дозирования зерна,
комбикорма, измельченных корнеплодов и других видов кормов.
Так, в агрегатах ОКЦ для приготовления комбикормов все расходные
бункера (зерновой и мучные) оборудованы дозирующими шнеками,
привод которых осуществляется от мотор-редукторов через хра-
повой механизм, позволяющий в установленных пределах регули-
ровать частоту вращения шнека, а стало быть, и его расход. На рис.
132, а представлен шнек-дозатор для бункеров агрегата ОКЦ-50.
Шнек-дозатор состоит из двух винтовых шнеков с переменным
шагом. Правый шнек 4 получает движение от цепной передачи через
храповой механизм и через шестеренчатую передачу, расположенную
242
с противоположной стороны, сам передает вращение левому шнеку.
Каждый шнек ступенчатый, имеет диаметры 160 и 125 мм и пере-
менный шаг, соответственно 150 и 125 мм. Эго позволяет избежать
сводообразования, обеспечить равномерность потока, повысить точ-
ность дозирования.
243
На том же валу 19 установлены механизм управления дозирующей
заслонкой 7 с тягой 5 и электромагнит 6 с тягой и пружиной 4, а так-
же упор 10 и шкала 3 расхода корма.
Привод вала 19 ворошилки 18 осуществляется от электропри-
вода 17.
Рис. 133. Секторный дозатор непре*
рывного действия для сыпучих кор-
мов конструкции ВНИИЖивмаша
Секционная ворошилка состоит из жестко закрепленных на валу 19
дисков — наружных 22 треугольной формы и внутренних 20 шести-
угольной формы. Через вершины по периметру дисков укреплены
пальцы 21, образующие в пространстве две трехгранные призмы,
смещенные относительно друг друга на 60".
Дозатор работает следующим образом. Корм загружают через
горловину 15, оборудованную сеткой 16 и смотровым люком 14.
246
Перед началом работы дозирующая заслонка 7 устанавливается по
шкале 3 на заданный расход корма с помощью механизма 4 (вруч-
ную или дистанционно с пульта управления). При этом заслонка 5
находится в крайнем правом положении, перекрывая собой окно 8.
При включении с пульта управления всей поточной линии вклю-
чаются в работу электропривод 17 и ворошилка 18, а электромаг-
нит 6 открывает полностью заслонку 9, перемещая ее в крайнее левое
положение до упора 10. При этом под воздействием стержней воро-
шилки корм взрыхляется и равномерным потоком по всей ширине
окна 8 вытекает из дозатора в смеситель.
При отключении дозатора, а следовательно, и электромагнита 6
пружина возвращает заслонку 9 в крайнее правое положение, закры-
вая выпускное окно 8.
Массовый расход секторного дозатора можно определить по формуле
Q=7orBWH, (186)
где /отв — площадь выпускного отверстия, изменяющаяся от /min
до /max в зависимости от установки регулирующей заслонки;
<рп — коэффициент заполнения выпускного отверстия (<р = 0,7—
0,8).
По результатам испытаний погрешность дозатора не превы-
шает ± 5 %.
Тарельчатые дозаторы (микродозаторы) применяются
при обогащении кормовых смесей микродобавками в очень малых
Дозах (от 2 до 200 мг на 1 кг смеси), что имеет место при производ-
стве премиксов сухим способом, а также в кормоцехах при дозиро-
вании сухих сыпучих добавок.
Материал из бункера 1 (рис. 134, а) поступает на вращающийся
Диск 2, с которого сталкивается скребком 3. Толщина слоя на диске
247
регулируется манжетой 4, ограничивающей выход материала на
диск. За каждый оборот диска с него снимается порция материала,
расположенная на диске в виде кольца треугольного сечения (рис.
134, б).
Массовый расход тарельчатого дозатора определяют по формуле
Q=V„pnc, (187)
где Усл — объем материала, снимаемого за один оборот тарелки, м3;
/1С — частота вращения тарелки (нс = ю/2л), с-1.
Объем кольца треугольного сечения равен
Усл = 2л/?0Гсл, (188)
где Ro — расстояние от оси вращения тарелки до центра тяжести
сечения, м;
— площадь поперечного сечения кольцевого слоя, м2.
При этом
Ro = R + [А/(3 tg ф)] и Гсл = /г2/(2 tg ф),
где h — высота подъема манжеты над тарелкой, м;
Ф — угол естественного откоса корма при движении, град.
Подставив значения VCJI, Ru и Fc„ в выражение (188), оконча-
тельно получим
Q = h^p [Я + /г/(3 tg ф)]/(2 tg ф). (189)
Предельная угловая скорость <окр тарелки определяется из усло-
вия, что центробежная сила инерции /ц меньше силы трения Fip,
т. е. Jn «S Е,р, или mR^p mgf.
Отсюда
(190)
где Ry — наибольший радиус вращения частицы, м;
f — коэффициент трения материала о диск.
Затрата энергии на привод дозатора обусловлена сопротивлением
от перемещения корма по тарелке и трением его о скребок [26].
Сила трения, возникающая при движении корма по тарелке,
составит
F^ntgf = FC]lLpgf. (191)
Мощность М1( расходуемая на преодоление этого сопротивления,
составит = Fypv, где v = nRoti/30.
Мощность на преодоление сопротивлений от трения материала
о скребок N2 — Ny cos р, где 0 — угол установки скребка.
В результате суммарная мощность на привод дозатора составит
N = А\ + + Л\. х = FTpv (1 + cos Р) + Мх. х. (192)
где Мх.х — затрата мощности на холостой ход.
Погрешность дозирования при использовании тарелочных доза-
торов колеблется в пределах 5—10%,
248
Объемные дозаторы непрерывного действия
для влажных рассыпных кормов. Дозирование сте-
бельных кормов и корнеплодов до последнего времени осуществлялось
регулированием времени работы питателей-транспортеров с учетом
их подачи. В отдельных случаях над ленточным или цепочно-скреб-
ковым транспортером устанавливается штифтовый битер, регулируе-
мый по высоте расположения, в результате выравнивается толщина
слоя подаваемого корма. Совершенствуя технологию приготовления
кормовых смесей, Казахский научно-исследовательский институт
механизации и электрификации сельского хозяйства (КазНИИМЭСХ)
разработал экспериментальный питатель-дозатор (рис. 135)
для подачи неизмельченных стебельных кормов (солома, сено, силос).
Он состоит из приемного 1 и подающего 2 цепочно-планчатых транс-
Рис. 135. Питатель-дозатор неизмельченных кормов конструкции КазНИИМЭСХа:
1 — приемный транспортер; 2 — подающий транспортер; 3 — транспортер-дозатор; 4 —
счесывающий транспортер; 5 — поперечный транспортер
портеров, цепочно-планчатого штифтового транспортера-дозатора 3
и счесывающего штифтового транспортера 4, выравнивающего поток
корма при переходе его на поперечный транспортер 5.
Технологический процесс питателя-дозатора протекает следую-
щим образом. Стебельный корм с транспортных средств сгружают
на первый подающий транспортер, который работает периодически,
подавая корм порциями на второй подающий транспортер 2. Послед-
ний работает непрерывно с регулируемой скоростью в пределах
0.1—0,3 м/с.
Транспортер-дозатор 3, отбрасывая избыток корма, пропускает
в зазор слой определенной толщины. Подача регулируется измене-
нием зазора при перемещении по вертикали нижнего вала транспор-
тера-дозатора 3 с помощью червячного механизма. В случае избытка
подаваемого корма, скопившегося у отбрасывающего транспортера-
дозатора, масса корма воздействует на флажок датчика, установлен-
ного на раме питателя; в результате первый подающий транспортер
останавливается на время, пока не будет пропущен избыточный корм.
Счесывающий транспортер 4 отделяет небольшие порции корма
и очищает штифты подающего транспортера от стеблей.
249
Достоинство данного питателя-дозатора состоит в том, что он
успешно дозирует неизмельченные стебельные корма. При зазоре
300 мм максимальный расход на подаче соломы или сена — 6 т/ч.
Рис. 136. Барабанно-штифтовый дозатор непрерывного действия для измельченных
стебельных кормов
Барабанно-штифтовый дозатор конструкции
ЦНИПТИМЭЖа * (рис. 136) состоит из ленточного транспортера 20
с боковинами 15, над которыми установлен приемный бункер 21 с ме-
ханизмом управления 3 и шкалой 7 расхода материала. Кроме того,
* Центральный научно-исследовательский проектно-технологический инсти-
тут механизации и электрификации животноводства.
250
над транспортером 20 со шкивом 11 установлен корпус дозатора 9
с механизмом 10 перемещения его по высоте, приводимым в движе-
ние от электродвигателя 12. Внутри корпуса дозатора имеется паль-
цевый барабан 17, отделенный от пространства бункера 21 гребен-
кой 18, а снаружи на корпусе укреплена стрелка 8 для указания
расхода корма по шкале 7.
Барабан 17 состоит из жестко закрепленных на валу 22 дисков 23
с пальцами 24, выполненными в виде скоб.
Механизм управления загрузочного устройства состоит из, пла-
стины 1, образующей переднюю стенку приемного бункера, и рычага 14
с регулируемым упором 4, жестко закрепленных на горизонтальной
оси 5. Ось 5 позволяет пластине 1 с противовесом 6 и рычагами 14
и 16 совершать качания в вертикальной плоскости. Кроме того,
к механизму управления относятся рычаг 3, шарнирно-закрепленный
на оси 5, и переключатели 19 и 2, управляющие электроприводом
механизма включения загрузочного устройства (на схеме не пока-
зано).
Дозатор работает следующим образом. Перед началом работы
барабан 17 с помощью механизма 10 устанавливается над лентой транс-
портера 20 на определенную высоту, соответствующую по шкале 7
заданному расходу. Корм подается загрузчиком в приемный бун-
кер 21 дозатора, откуда транспортером 20 продвигается к барабану 17.
Пальцы барабана счесывают излишек корма, оставляя на транспортере
слой установленной толщины. При этом на ленте транспортера между
гребенкой 18 и пластиной 1 образуется ком из счесанного корма. При
достижении определенного размера ком воздействует на пластину 1,
отклоняя ее от вертикали влево. В результате этого жестко установ-
ленный на оси 5 рычаг 14 освобождает контакты переключателя 19
и, дойдя до второго рычага 13, своим упором^ проворачивает его на оси.
Контакты переключателя 2 размыкаются, отключая этим электро-
привод загрузочного устройства (например, электрифицированного
кормораздатчика КТУ-10 или кормоприемника-питателя КП-Ю).
В дальнейшем транспортер дозатора выбирает имеющийся в бун-
кере 21 корм, и деформировавшийся кормовой ком начинает умень-
шаться, в результате этого пластина 1 возвращается в исходное поло-
жение, а рычаги 13 и 14 последовательно замыкают контакты пере-
ключателей 2 и 19, включая электропривод загрузочного устройства.
Проведенные испытания данного дозатора показали, что на всем
Диапазоне расходов при изменении высоты установки пальцевого
барабана от 70 до 200 мм обеспечивалось устойчивое дозирование
измельченных стебельных кормов со средней неравномерностью
— 10% (зоотехнический допуск Д3 ± 15%).
На рис. 137 представлена зависимость отклонений расхода Q
(кг на 1 голову) и погрешности б от высоты Н (мм) установки паль-
цевого барабана дозатора. Из графика видно, что расход увеличива-
ется прямо пропорционально толщине слоя на ленте дозатора, а дей-
ствительная погрешность б — f (И) значительно меньше зоотехниче-
ского допуска Д3 и свободно укладывается в границы доверительных
251
интервалов Q — f (ft). На силосе и зеленой массе дозатор обеспечивал
расход в пределах от 2,5 до 8,6 кг/с и точное дозирование корма.
Шнековый дозатор корнеплодов конструк-
ц и и ВНИИЖивмаша. Основной машиной в поточной линии
приготовления корнеклубнеплодов обычно является измельчитель
(ЙКМ-5, ИКС-5М и др.), после которого готовый продукт транспор-
тером отводится в смеситель без дозирования. При этом отклонения
состава кормосмесей от рецепта выходят за допустимые зоотехниче-
ские допуски. Для устранения этого недостатка на всех линиях при-
готовления кормовых смесей должны устанавливаться дозаторы.
Рис. 137. Зависимость отклонений расходов Q (кг на 1 голову) и погрешности 5
(%) дозатора от высоты Н установки пальцевого барабана при выдаче сенажа
Шнековый дозатор корнеплодов конструкции ВНИИЖнвмаша
(рис. 138) состоит из бункера 4 вместимостью 1 м3, на дне которого
расположены под углом 15° к горизонту три спаренных шнека 2
диаметром 160 мм при шаге 160 мм и выгрузное окно 8. Шнеки раз-
делены перегородками 9. Вверху бункера расположен разравниваю-
щий цепочно-планчатый транспортер 6. Валы шнеков ступенчатые и
на входе корма имеют 0 90 мм, а на выходе 0 45 мм. Это способствует
повышению равномерности потока материала и уменьшает погрешность
дозирования.
Готовый корм выходит через выгрузное окно 8. Привод шнеков
осуществляется цепью от электродвигателя 3 мощностью 2,2 . кВт,
а транспортера-выравнивателя 6 — от электродвигателя 5 мощностью
0,8 кВт. От приводной цепи каждая пара шнеков получает вращение
через электромагнитные муфты /, что позволяет включать в работу
разное число шнеков и этим регулировать расход дозатора. Между
собой шнеки попарно соединены шестернями 7. На передней стенке
дозатора имеется сливное отверстие 10 с пробкой.
252
В опытах при включении в работу одной, двух и трех пар шне-
ков расход дозатора составлял соответственно 3,6; 10,1 и 17,8 т/ч
при среднем квадратическом отклонении 5,82; 1,51 и 2,02 т/ч и коэф-
фициенте вариации 13,3; 10,8 и 8,2%. Из этого следует, что погреш-
рис. 138. Шнековый доза-
тор непрерывного дейст-
вИя для измельченных
корнеплодов конструкции
ВНИИЖивмаша
Ность дозатора на всех режимах не превышала зоотехнического до-
пуска Д3 = ± 15%.
Объемные дозаторы порционного действия применяют в линиях
приготовления и раздачи кормов в виде мерных емкостей различного
объема и конструкции. Наиболее широкое распространение при
Раздаче комбикормов получили мерные емкости в сочетании с транс-
Портерами-питателями (рис. 139).
253
Массовый расход таких дозаторов определяют по формуле
Р=Урф//ц, (193)
где V — объем мерной емкости, м3;
р — насыпная плотность, кг/м3;
Ф — коэффициент заполнения (ф = 0,9—1);
/ц — время цикла, включающее время заполнения и опорож-
нения емкости, а также время на переключение механизма
управления.
Рис. 139. Типы объемных дозаторов порционного действия (а) и их питатели (б):
а: 1'2 — телескопические — цилиндрический и секторный: 3, 4 — призматические — регу-
лируемой и нерегулируемый; 5, 6 — шиберные — вертикальный и горизонтальный; 7 —
грейферный; 8 — плунжерный; б: / — штангово-скребковый; 2 — цепной; 3 — цепочно-
шайбовый; 4 — шнековый; 5 — штангово-шайбовый; 6 — цспочно-скребковый; 7 — тросово-
шайбовый; 8 — спирально-винтовой
Массовые дозаторы. Массовые дозаторы непрерывного
действия подают необходимое количество корма непрерывным пото-
ком с высокой точностью. В качестве примера рассмотрим работу
ленточного автоматического дозатора (рис. 140, а). Корм из бункера 1
поступает непрерывным потоком на ленту транспортера 3, под кото-
рой установлен датчик 4 весов, связанный тягой с балансиром 5.
254
При изменении массы корма на ленте сигналы датчика передаются
на механизм управления заслонкой, который перемещает ее и уста-
навливает необходимый размер выпускной щели.
Массовый дозатор порционного действия (рис. 140, б) состоит
пз бункера 1 с конусным дном, который установлен на платформе 6
передвижных весов. Дозатор передвигают вручную по наземной
дороге и останавливают над горловиной смесителя. В поточных линиях
кормоцехов свиноводческих комплексов и птицефабрик применяют
порционные массовые дозаторы с автоматическим управлением.
Многокомпонентные дозаторы. В производст-
венных процессах, где применяется систематическое дозирование не-
Рис. 140. Массовые дозаторы непрерывного (а) и порционного (б) действия:
1 — бункер; 2 — механизм управления задвижкой; 3 — ленточный транспортер; 4 — дат-
чик весов; 5 — балансир весов; 6 — платформа весов
скольких различных материалов, рационально использовать много-
компонентные дозирующие устройства с автоматизацией отпуска доз
и учета готовой продукции.
По С. П. Орлову [56], многокомпонентное дозирование осуще-
ствляется по одной из следующих схем.
1. Для дозирования всех компонентов применяют один общий
дозатор (рис. 141, а) с последовательным опорожнением бункера
после отвешивания каждого компонента или с накоплением в бункере
дозатора всех отвешиваемых по рецепту компонентов. При втором
варианте затрачивается меньше времени, но требуется иметь весы
с большой предельной нагрузкой.
2. Для дозирования каждого компонента устанавливают отдель-
ный дозатор (рис. 141, б). Навешивание каждого компонента про-
изводится в отдельном бункере. Отмеренные компоненты могут пода-
ваться на смешивание одновременно всеми дозаторами.
3. Дозирование проводят комбинированно. Материалы объеди-
няются в однородные группы по свойствам и объему дозирования.
Каждая группа дозируется «своим» дозатором.
Выбор той или иной схемы многокомпонентного дозирования
зависит от конкретных условий (объем производства, свойства дози-
руемых материалов, величина доз и др.).
255
✓ По первой схеме работают объемные дозаторы концентратов в агре-
гатах ОКЦ, рассмотренных ранее.
Дозирование влажных рассыпных кормов в ряде типовых проек-
тов кормоцехов предусмотрено по второй схеме, когда отдельные
объемные дозаторы выдают
компоненты на общий сбор-
ный транспортер (рис. 141,6).
В совхозе «Братский» Ро-
стовской области в кормоце-
хе откормочной фермы при-
меняют многокомпонентные
весы на дозировании влаж-
ных рассыпных кормов мас-
совым методом с накоплением
отвешиваемых компонентов в
бункере дозатора, т. е. рабо-
та по второму варианту пер-
вой схемы (рис. 141, а). По-
Рис. 141. Схемы многокомпонентного дозирования:
а — с одним общим дозатором; б — с отдельными дозаторами компонентов
токи компонентов, выдаваемых каждым дозатором, должны находить-
ся в отношениях, заданных рецептом или рационом, по которому го-
товится кормовая смесь.
5.4. СМЕСИТЕЛИ
5.4.1. Основы теории смешивания. Смешиванием (или переме-
шиванием) называется процесс соединения объемов различных ве-
ществ с целью получения однородной смеси, т. е. создания равно-
мерного распределения частиц каждого компонента во всем объеме
смеси путем перегруппировки их под действием внешних сил [26,
68]. Смешивание применяют также для интенсификации процессов
теплообмена и массообмена.
256
Фундаментальные работы профессоров А. М. Григорьева, Р. Л. Зен-
кова, А. А. Лапшина и других позволили сформулировать основные
положения теории смешивания материалов, установить общие зави-
симости между факторами, влияющими на процесс, и основными
конструктивно-режимными параметрами смесителей. Вопросам сме-
сеобразования кормов посвятили свои исследования ученые Е. А. Ра-
скатова, П. К. Жевлаков, Г. М. Кукта, Ф. К. Новобранцев, Ф. Г. Сту-
калин, А. Ш. Финкельштейн и многие другие, в результате исследо-
ваний созданы основы технологии приготовления кормовых смесей
и совершенствуется технологическое оборудование.
В технологических процессах приготовления кормов применяют
механическое смешивание. Устройства, с помощью которых осущест-
вляется этот процесс, называют смесителями, а их рабочие органы —
мешалками. В зависимости от агрегатного состояния смешиваемых
веществ (компонентов) требуется различное аппаратурное оформление.
Наиболее просто получить систему «жидкость — жидкость» в виде
раствора или однородной эмульсии. Например, с помощью насоса-
эмульсатора готовят заменители цельного молока. Несколько труд-
нее получить устойчивую взвесь (суспензию), представляющую смесь
жидкой фазы с твердой. Так, для свиней готовят «болтушку» — смесь
комбикорма с водой.
Трудности встречаются при смешивании твердых веществ; среди
них легче смешиваются сыпучие, зернистые материалы, например
зерновые компоненты при производстве комбикормов (в комбикормо-
вой промышленности компоненты называют ингредиентами). Практи-
чески не смешиваются длинноволокнистые материалы. Поэтому при-
готовление смесей из стебельных кормов производят по принципу
образования «слоеного пирога» путем выдачи нескольких компонен-
тов на один сборный транспортер.
Кормовые смеси (кроме жидких) представляют собой механиче-
ские системы из сыпучих (зернистых или волокнистых) материалов,
крайними состояниями которых являются полное смешение или пол-
ное распределение. Идеальный случай полного смешения частиц
двух компонентов представлен на рис. 142, а. Все пробы, взятые
из полностью смешанного слоя, должны иметь одинаковый состав.
Однако такого состояния нельзя достигнуть в результате механиче-
ского смешивания, а можно получить только попеременным уклады-
ванием частиц двух компонентов (упорядоченное состояние).
Состояние полного смешения, определяемое статистически, явля-
ется неупорядоченным состоянием (рис. 142, б). Это такое состояние,
при котором вероятность нахождения частицы данного компонента
в произвольной точке есть постоянная величина, равная доле этого
компонента во всей массе [68]. Неупорядоченное состояние может
быть достигнуто в технологической операции смешивания.
При смешивании сухих компонентов с влажными увеличение отно-
сительной влажности до 14—15% способствует повышению однород-
ности смеси. Дальнейшее увеличение влажности требует увеличе-
ния времени смешивания.
9 С. В, Мельников 257
При смешивании сыпучих компонентов большое значение имеют
соотношения показателей их плотностей и объемов. Чем это соотно-
шение ближе к единице, тем быстрее и легче происходит процесс
смешивания и достигается необходимая степень однородности смеси.
Это необходимо учитывать при выборе наполнителя для приготовле-
ния обогатительных смесей (БВД, премиксы).
Чем меньше размеры частиц компонентов и чем более выравнен-
ным является их гранулометрический состав, тем легче получить
заданную однородность смеси. Если средние размеры частиц одного
компонента значительно отличаются от размеров частиц другого,
то однородную смесь получить трудно.
Рис. 142. Состояние полного смешения
двухкомпонентной смеси:
5
а — упорядоченное состояние (укладка); б —• неупорядоченное состояние (смесь)
Под термином «соотношение компонентов» понимается отношение
количества большего компонента к меньшему. Чем меньше это соот-
ношение (в пределе равно единице), тем быстрее при всех прочих
равных условиях достигается заданная степень однородности.
Смешивание (или перемешивание) производят разными способами.
В технике наиболее распространено смешивание при помощи: 1) дви-
жущихся лопастей; 2) вращения камеры (резервуара) смесителя;
3) пропускания массы через сопла; 4) сжатого воздуха, пара или
жидкости; 5) вибраций, ультразвука, электрогидравлического эффекта
и пр. Первые три способа называются механическими, четвертый —
пневматическим, последние — кавитационными, или импульсными.
Смешивание может быть основным или сопутствующим технологиче-
ским процессом.
5.4.2. Степень однородности смеси. Количественной характеристи-
кой завершенности процесса смешивания является степень однород-
ности смеси, представляющая собой массовое отношение содержания
контрольного компонента в анализируемой пробе к содержанию того
же компонента в идеальной смеси (рецептурной), выраженное в про-
центах или долях единицы.
258
(194)
Для определения степени 0 однородности на основе анализа взя-
тых проб применяют различные формулы, из которых более рас-
пространенной является формула А. А. Лапшина:
при Д<В0 0 = £ (В,/В0)/и,
при Bt>B0 0 = ^[(2Во-В/)/Во]/я,
где я — число проб;
Bt — доля меньшего компонента в пробе;
Во — доля меньшего компонента в идеальной (расчетной) смеси.
В комбикормовой промышленности об однородности смеси судят
по коэффициенту вариации.
Применительно к обозначениям формулы (194) степень однород-
ности будет
6=100 /v (Bt —В0)2/(п—l)/Bt. (195)
Практически процесс смешивания следует рассматривать как
вероятностный и степень однородности зернистой смеси определять
путем отбора проб из смеси с последующим статистическим анализом.
В качестве определяющего свойства при этом могут быть приняты:
число зерен данного компонента в пробе или его массовая доля, раз-
меры зерен, площадь поверхности контактов и другие признаки.
В результате получаются группы чисел, характеризующие состав п
проб по интересующему нас признаку; они обрабатываются методами
математической статистики.
Если действительное (или заданное расчетом) среднее содержа-
ние исследуемого компонента в смеси обозначить через р, то формулы
для средпеквадратическпх отклонений теоретического и эмпири-
ческого а3 распределений получат вид
аг=±]/2(х/-р)2/(»-1) и стэ = ±]/2}0б-*)2/(я-1),
(196)
где xi — содержание компонента в i-ой пробе;
х — среднее арифметическое содержание того же компонента,
найденное в опыте.
О степени однородности смеси можно судить также по отношению
среднеквадратических отклонений
6а = о-т/о-э. (197)
Разбросанность теоретического распределения (стг) всегда меньше,
чем у эмпирического, и поэтому значение ео меняется от 0 до 1.
Учитывая, что в идеальной смеси оэ от, по величине 0О можно
сУДить и о степени завершенности процесса смешивания. Если же
в формулу (197) подставлять текущие значения атек = f (t), то можно
проследить всю кинетику этого процесса (рис. 143).
Показатель однородности характеризует рассматриваемую смесь
Как статистическую систему.
8* .259
Преимущество показателя 0а состоит в том, что значение его зави-
сит только от точности и надежности данных, получаемых в опыте.
Зоотехнические требования допускают иметь нижний предел одно-
родности, или неравномерности смешивания, для каждого компо-
нента, при котором наступает полное смешение. Процесс смешивания
можно считать завершенным при наличии в смеси действительного
количества комбикормов и концентратов 97%, сочных кормов 93%,
жидких кормов и воды 9596 и минеральных добавок 98% (от заданного
Рис. 143. Кривые кинетики процесса смешивания:
а — зависимость степени 5 однородности смеси от продолжительности смешивания;?^ —
характер обратного процесса (сегрегации); М — М — равновесное состояние смеси
• гГТу
п
в рецепте). В производственных условиях кормоцехов без какого-
либо заметного отрицательного влияния на продуктивность животных
и птицы считается достаточным получать степень однородности кор-
мовых смесей (по комбикорму в качестве контрольного компонента)
в пределах, указанных в табл. 23.
Таблица 23. Степень однородности кормовых смесей, допускаемая
зоотехническими требованиями
Назначение смеси Степень однородности, %
Смеси для: поросят в возрасте до 4 мес свиней всех групп старше 4 мес птицы крупного рогатого скота Комбикорм собственного производства для всех видов животных 93 85—90 90 84—88 90—95
5.4.3. Рабочий процесс смесителя. В теории смешивания важное
место занимают вопросы, направленные на изучение самого механизма
смесеобразования, которое в зависимости от конструкции рабочий
органов смесителей протекает по-разному.
П. М. Лацей (Англия) выделяет следующие пять основных процес-
сов, протекающих в аппарате с мешалкой [68].
260
1. Образование в массе слоя скользящих друг по другу плоско-
стей — срезающее смешивание.
2. Перемещение групп частиц из одного положения в другое —
конвективное смешивание.
3. Перемена позиции единичными частицами слоя — диффузион-
ное смешивание.
4. Рассеяние единичных частиц под влиянием их столкновений
или ударов о стенки аппарата — ударное смешивание.
5. Деформация и растирание частиц — измельчение.
В зависимости от типа смесителя и структурно-механических
свойств компонентов получает превалирующее значение один или
несколько из указанных процессов.
При исследовании процессов смешивания сухих и влажных рас-
сыпных кормов изучается главным образом кинетика изменения мас-
совой доли взаимодействующих компонентов. При этом установлено,
что полного смешивания можно достигнуть только в идеальной системе.
В реальных системах наблюдаются два взаимно противоположных
процесса — смесеобразование и сегрегация (обратное разделение смеси
на составляющие компоненты). Так, по данным Е. А. Раскатовой
и П. К- Жевлакова, установлено, что по истечении некоторого вре-
мени смешивания компонентов комбикорма наступает предельно
равновесное состояние смеси, известное под названием «динамиче-
ское равновесие», при котором, несмотря на продолжающееся прост-
ранственное перераспределение частиц, массовая доля исследуемого
компонента в выделенной из общего объема пробе практически не ме-
няется; поэтому продолжать дальнейшее смешивание оказывается бес-
полезным. Если частицы компонентов отличаются размерами, формой
или плотностью, то в системе возникают упорядывающие явления,
вызывающие неоднородность конечной смеси; происходит укладка
частиц. После достижения состояния «динамического равновесия»
в такой системе при продолжении процесса смешивания степень
однородности уменьшается и смесь вообще не достигает состояния пол-
ного смешивания (рис. 143, б, кривые 1 и 2).
Если результат оценивать показателем увеличения массовой доли
контрольного компонента, то уравнение кинетики процесса смешивания
в общем случае будет иметь вид
vCB = dC//d/=fn(0-fo(0, (198)
где ц.м—интенсивность процесса смесеобразования, 1/с;
Ci — доля контрольного компонента, г/г;
t — продолжительность процесса смешивания, с;
/п и f0 — интенсивности прямого и обратного процессов, 1/с.
Из уравнения кинетики видно, что интенсивность работы смеси- ,
теля можно повысить за счет уменьшения скорости обратного процесса
Сегрегации) f0 (/). Этого можно добиться путем выравнивания грану-
лометрического состава исследуемого компонента, например пред-
варительным сортированием пли дополнительным измельчением с по-
лучением более тонкого помола.
261
Для смешивания взаимнорастворяющихся жидкостей, когда пре-
обладает диффузионный процесс, уравнение кинетики имеет вид
0Ж = 1—(199)
где 0Ж — степень однородности жидкой смеси;
t—продолжительность процесса смешивания, с;
k — коэффициент, характеризующий интенсивность смешива-
ния, зависящий от критерия Рейнольдса (чем больше k,
тем меньше времени требуется для достижения одинаковой
степени однородности).
Для смешивания сыпучих и тестообразных материалов проф.
А. И. Пелеев 120] рекомендует длительность t процесса определять
по формуле
^ = 1п[С„/(Сн-Ск)]/р, (200)
где Сн и Ск — массовая доля компонентов в начале и конце процесса;
р — постоянный параметр, определяемый экспериментально
для данных условий.
Практикой установлено [12], что максимальная загрузка не должна
превышать 0,8 от геометрического объема смесителя для жидких
кормов влажностью 70% и менее и 0,7 — для густых кормов. При
этом наиболее интенсивно корма смешиваются в течение первых
10 мин, затем процесс сильно замедляется, и через 30—40 мин одно-
родность смеси практически не изменяется. Поэтому принято прек-
ращать смешивание через 20 мин после загрузки в смеситель послед-
него компонента.
5.4.4. Типы смесителей. По характеру процесса различают сме-
сители порционного (периодического) и непрерывного действия. В зави-
симости от вида смешиваемых кормов смесители могут быть пред-
назначены для приготовления сухих сыпучих (комбикормов), рассып-
ных влажных и жидких (консистентных) кормов. По организации
рабочего процесса все смесители делятся на две большие группы:
с вращающейся камерой и с неподвижной камерой (или транспорти-
рующие).
К первой группе относятся барабанные, горизонтальные (рис. 144),
вертикальные или наклонные смесители различного конструктивного
исполнения.
Ко второй группе относятся мешалочные смесители. По конструк-
ции рабочих органов (мешалок) (рис. 145) применяют смесители: для
сыпучих кормов — шнековые, лопастные и ленточные; для жидких —
турбинные, пропеллерные и лопастные; для рассыпных влажных
(стебельных) кормов — шнековые и лопастные.
В зависимости от частоты вращения мешалок смесители делят на
тихоходные и быстроходные. К тихоходным относятся смесители, у ко-
торых показатель кинематического режима К — R^R/g) <30 (здесь
R — радиус мешалки), а к быстроходным — у которых К > 30.
Мешалочные смесители по числу мешалок делят на одно- и двухваль-
ные.
262
Рассмотрим наиболее типичные конструкции кормосмесителей
с неподвижной камерой.
Смесители для сухих сыпучих кормов. Для
приготовления комбикормов в хозяйствах применяют главным образом
шнековые смесители — вертикальные, горизонтальные, наклонные
или планетарные.
На рис. 146 показан вертикальный шнековый смеситель порцион-
ного действия, входящий в состав агрегатов ОКЦ. Смеситель пред-
назначен для приготовления обогатительных добавок, если в хозяй-
стве используют добавки собственного производства. В этом случае
Рис. 144. Типы барабанных смесителей порционного дей-
ствия:
а — горизонтальный цилиндрический; б — вертикальный ци-
линдрический; в, г — цилиндро-биконический; д — граненый;
е — V-образный; ж — кубический; з — октаэдрический; и —
наклонный
компоненты добавок подбираются в соответствии с рецептом, взве-
шиваются на весах и загружаются в смеситель через горловину для
добавок.
Смеситель состоит из рамы 5, бункера 1, вертикального шнека 3,
электропривода 4 задвижек. Цилиндрический бункер 1 имеет кони-
ческую нижнюю часть с выгрузной горловиной 7, перекрываемой
задвижкой 8, которая управляется электроприводом 4 от двигателя
мощностью 0,27 кВт. На цилиндрической части бункера находится
смотровое окно 9, а на крышке бункера — аспирационный патрубок 10.
Привод шнека смесителя осуществляется от электродвигателя мощ-
ностью 3 кВт через клиноременную передачу.
Загружаемые через патрубок 6 в смеситель компоненты при рабо-
тающем шнеке подхватываются его лопастями и по трубе (диффу-
зор) 2 поднимаются вверх, откуда снова падают вниз. Циклы сме-
шивания повторяются до получения необходимой степени однородно-
сти. Процесс смешивания продолжают 15—20 мин, после этого откры-
вают задвижку 8 и разгружают смеситель. Вместимость бункера
Ц54 м3.
263
Для смешивания обогатительных добавок с мучными компонен-
тами на агрегатах ОКЦ установлены горизонтальные шнековые
Рис. 145. Типы мешалок:
2, 3 — шнековые; 4, 5 — лопастные; 6, 1, 8 — ленточные; 9, 10, 11, 12 — турбинные.
l'o, 14, 15, 16 — пропеллерные
смесители непрерывного действия, в которые компоненты из соответ-
ствующих бункеров поступают через дозаторы.
264
Планетарный шнековый смеситель непрерывного действия (рис.
147, а) применяют для сухих зернистых материалов (например, ком-
бикорма). Вал шнековой мешалки расположен эксцентрично относи-
тельно вертикальной оси конического корпуса смесителя. Мешалка
совершает сложное движение: вокруг своей оси — относительное
и планетарно вокруг оси корпуса — переносное. В результате частицы
Рис. 146. Смеситель агрегатов типа
ОКЦ:
1 — бункер; 2 — труба; 3 — шнек; 4 — элек-
тропривод задвижки; 5 — рама; 6 — загру-
зочный патрубок; 7 — выгрузная горловина;
8 — задвижка; 9 — смотровое окно; 10 — ас-
пирационный патрубок; 1! — шкив привода
задвижки; 12 — корпус подшипника; 13 —
электродвигатель (0,27 кВт); 14, 17 — конеч-
ные выключатели; /5 — шток в сборе; 16 —
рама
корма перемешиваются локально и кругами по стенкам конического
корпуса. Наряду с этим другие частицы уносятся шнеком вверх —
вдоль образующих конуса, выходят на поверхность массы корма,
а затем потоком направляются вниз вдоль вертикальной оси корпуса
смесителя. Такое сложное движение частиц обеспечивает весьма
интенсивное перемешивание их и достижение высокой степени одно-
родности за короткое время t.
Исследование работы планетарного смесителя провел А. Ш. Фин-
кельштейн. Им определены оптимальные значения основных конструк-
тивных параметров, показатели кинематического режима, рассмотрена
кинетика процесса в производственных условиях на смешении доба-
вок БВД (20%) с зерновой дертью (80%). При этом степень одно-
265
родности определялась по формуле (199) при k = 0,6, а продолжи-
тельность 4иН смешивания по следующей формуле:
* = — In (1 — 6)/&. (201)
Рис. 147. Планетарный шнековый сме-
ситель сухих кормов (а) и кривая ки-
нетики процесса смешивания комби-
кормов (б):
/ — кожух; 2 — шнек; 3 — водило: 4 —
редуктор, 5 — загрузочная горловина;
в — выгрузная горловина
На рис. 147, б представлена кривая кинетики для аппарата, в ко-
тором достигается степень однородности 0 = 0,9 за 5,5—6 мин,
аЛ0 = 0,95 — за 7—8 мин.
Смесители для рассыпных влажных кор-
м о в. Для приготовления влажных кормовых смесей из стебельн ых
кормов и корнеклубнеплодов до
последнего времени применялись
преимущественно тихоходные, го-
ризонтальные одно- или двухваль-
ные лопастные смесители порцион-
ного действия. ВНИИЖивмаш раз-
работал, а промышленность произ-
водит унифицированные смесители
трех типоразмеров под марками
С-12А, АПС-6 и С-2, согласованных
между собой по технологической
схеме и основным конструктивным
параметрам. Смеситель С-12А яв-
ляется базовой моделью.
Наряду с этим промышленность
производит варочные котлы-смеси-
тели ВК-1 и ВКС-ЗМ, основным
отличием которых является нали-
чие теплоизоляции и более высо-
кая степень герметизации. Это поз-
воляет варить в них для молодняка
каши и супы (ВК-1) и стерилизо-
вать пищевые отходы (ВКС-ЗМ).
Варочный котел-смеситель
ВКС-ЗМ имеет одновальную лопа-
стную мешалку и рассчитан на ра-
боту с острым паром давлением до
70 КПа (10 кПа — у остальных сме-
сителей упомянутого ряда).
На рис. 148 представлен сме-
ситель С-12, предназначенный для
приготовления сырых и запарен-
ных кормовых смесей. Выпускается
использования в поточных линиях
в двух модификациях: 1) для
кормоцехов типа КЦС, без пуско-защитной аппаратуры (она входит
в строительную часть кормоцеха); 2) с полным комплектом пуско-
защитной аппаратуры для применения в кормоцехах других типов.
Смеситель состоит из корпуса 1, парораспределителя с кранами 2,
двух лопастных мешалок 3, шнека 4 выгрузного, выгрузной горло-
266
вины 5 с клиновой задвижкой, шестеренчатого привода 8, мешалок 3,
привода клиновой задвижки и включения выгрузного шнека 6, крышки
смесителя с загрузочным люком 7, шестерни 9 закрыты ограждением.
Мешалки имеют по 8 лопастей, размещенных на валах по винто-
вой линии через 45°. Мешалки вращаются в разные стороны, правая
(если смотреть со стороны привода) — по часовой стрелке. Она на-
правляет кормовую массу в сторону привода. Левая мешалка, вра-
щаясь против часовой стрелки, направляет корм в сторону выгруз-
ной горловины. 5. Одновременно с осевым перемещением масса полу-
Рис. Смеситель С-12
чает вращательное движение в плоскости лопастей, в результате
этого происходит интенсивное перемешивание.
Обе мешалки приводятся в работу от одного электродвигателя 1
(рис. 149, а) через клиноременную передачу 2, редуктор 3 и ше-
стерни 13. В нижней части корпуса смесителя расположен выгрузной
шнек 6, сблокированный с механизмом клиновой задвижки и вклю-
чающийся в работу только после полного открытия выгрузной гор-
ловины.
Система управления выгрузным шнеком состоит из рычага 1
(рис. 149, б) управления, трех обводных валиков 8, рычажной вилки 6
включения и троса 7. При включении шнека рычаг 1 перемещают
вправо (вниз), при этом трос освобождается, и пружина кулачковой
полумуфты вводит ее в зацепление с полумуфтой на валу шнека.
При выключении шнека рычаг 1 переводят в верхнее положение,
трос натягивается и размыкает кулачковую муфту 5. При выключен-
ном положении муфты зазор между вершинами кулачков должен
267
быть равен 48 мм. Его регулируют упорным винтом, установленным
на опоре рычажной вилки 6 включения. С этой системой сблокирована
система управления клиновой задвижкой 4 выгрузной горловины.
Для подъема задвижки при разгрузке смесителя и опускания ее
для перекрытия выходного отверстия по окончании разгрузки дей-
ствуют рычагом 2, свободно вращающимся на той же оси, на которой
установлен рычаг 1 управления шнеком. При переводе рычага 2
вправо (вниз) задвижка 4 открывается, а при повороте влево (вверх)
система тяг 3 закрывает задвижку.
При разгрузке смесителя сначала необходимо открыть выгруз-
ную горловину, а затем уже можно включать в работу выгрузной
Рис. Схемы смесителя С-12:
а — кинематическая: / — электродвигатель; 2 — ремень клиновой; 3 — редуктор; 4 —
пружина; 5 — кулачковая муфта; 6 выгрузной шнек; 7 — ведущая звездочка; 8 — ша-
рикоподшипник; 9 — шкив; 10, 12, 15 — роликоподшипники; 11 — ведомая звездочка;
13 — шестерня мешалки (г — 108); 14 — мешалки; б — системы управления: 1 — рычаг
управления шнека; 2 — рычаг выгрузного шнека; 3 — тяга; 4 — клиновая задвижка; 5 —
механизм включения; 6 — вилка включения; 7 — трос; 8 — обводной валик
шнек. Блокировка обеих систем обеспечивается наличием на рыча-
гах 1 ъ2 специальных упоров, которые не позволяют включить шнек
(повернуть рычаг 1) раньше, чем будет опущен рычаг 2, т. е. до откры-
тия выгрузной горловины.
При запаривании кормов пар в смеситель подают через распреде-
лительные трубы, расположенные вне корпуса, в его нижней части.
С каждой стороны корпуса на парораспределительных трубах уста-
новлено пять муфтовых кранов, управляемых одновременно через
штанги и рычаги. От кранов внутрь корпуса идут (вварены) паро-
подводящие патрубки с отверстиями для выхода пара в массу корма.
Вода, молочные отходы, мелассо-карбамидные растворы и дру-
гие жидкие добавки вводятся в смеситель по двум трубам, располо-
женным в верхней части корпуса. Отверстия в трубах расположены
так, что жидкие добавки подаются в зону интенсивного перемешива-
ния кормов между мешалками.
Сверху смеситель закрывается девятью деревянными крышками,
в одной из которых устроен загрузочный люк 7 с шиберной задвиж-
кой.
268
Экспериментальный смеситель влажных кормов конструкции
ВНИИЖивмаша (рис. 150) представляет собой комбинированный
шнек-смеситель, сборный непрерывного действия. В нем собственно
шпек, размещенный и открытом желобе, выполняет функцию сбор-
ного транспортера, на который последовательно подаются смешивае-
мые компоненты. Сборный шнек оканчивается смесительной камерой,
внутри которой находятся три лопастных мешалки, причем две —
Рис. 150. Экспериментальный смеситель влажных кормов конструкции ВНИИ-
Живмаша;
I — горизонтальный шнек; 2 — головка лопастная двухвальная; 3 — вал лопастной; 4 —
выгрузное окно; 5 — шестерни; 6 — венец звездочки сменный; 7 — электродвигатель
на отдельных валах, а третья мешалка является продолжением вала
сборного шнека.
Горизонтальный шнек 1 входит в смесительную камеру на длину
350 мм, а на остальной части вала шнека смонтированы лопасти.
Шнек в желобе установлен с минимальным зазором без промежуточных
и концевой опор («плавающего» типа). Лопасти расположены под
углом 45° относительно продольной оси вала и под углом 180° друг
к другу. Цепная передача обеспечивает синхронность вращения
лопастных валов.
Ленточный смеситель для консистентных
кормов. Технология приготовления кормов для пушных зверей
предусматривает приготовление консистентных мясо-рыбных кормо-
вых смесей — фаршей. В процессе вымешивания фарша необходимо
придать ему определенную консистенцию, получаемую в резуль-
тате сочетания размеров частиц, влажности и вязкости корма. Фарш
269
должен быть пластичным, но не должен свободно растекаться, так
как при раздаче зверям в шедах порции его должны удерживаться
на сетке клетки. Фаршемешалка состоит из дежи, в которой установ-
лены одна или две мешалки ленточного типа. В фаршемешалках пор-
ционного действия с небольшой подачей дежа делается поворотной
на цапфах; при разгрузке готового фарша она опрокидывается. В фар-
шемешалках с большой подачей для разгрузки фарша используется
шнек, расположенный в нижней части дежи. Стенки дежи делаются
двойными с тем, чтобы в рубашку можно было подать пар или горя-
чую воду для подогрева корма.
В зверосовхозах широко применяется одповальная фаршемешалка
ФМ-6 вместимостью дежи 6 м3. Частота вращения мешалки 15,5 мин-1.
Мощность электродвигателя 17 кВт. Давление пара, подаваемого в ру-
башку для обогрева корпуса, — 0,1 МПа.
Смесители для жидких кормов. Применение за-
менителей цельного молока для телят связано с необходимостью гото-
вить жидкие кормовые смеси в виде эмульсий. Применение жидкого
кормления в свиноводстве требует приготовления суспензий. Приго-
товление кормовых дрожжей связано с аэрированием биомассы для
насыщения жидкой фазы кислородом.
Смешивание жидких компонентов производят, как правило, меха-
ническим способом в аппаратах с мешалками. Но в ряде случаев
применяют циркуляцию насосом или пневматическое перемешивание
(барботаж). Для механического способа применяют тихоходные лопаст-
ные мешалки или быстроходные — турбинные и пропеллерные (см.
рис. 145). Лопастные мешалки используют для перемешивания в ма-
лых объемах жидкостей с большой вязкостью, пропеллерные — для
жидкостей с малой вязкостью. Турбинные мешалки допускают широ-
кий диапазон вязкостей. На рис. 151 представлены графики, отражаю-
щие область применения мешалок разных типов в зависимости от вяз-
кости среды и вместимости смесителя. Наиболее интенсивное пере-
мешивание жидких кормов с высокой вязкостью обеспечивают лен-
точные мешалки [68].
5.4.5. Расчет смесителей. Технологический расчет смесителей
предусматривает определение подачи и мощности, потребной для их
привода, а также основных конструктивных параметров: размеры
емкости, размеры и частота вращения рабочих органов.
Шнековые смесители. Теоретическую подачу Qr лю-
бого транспортирующего устройства можно определить по формуле
= (202)
где уо — осевая скорость движения массы корма, м/с;
F — площадь поперечного сечения шнека, м2;
р — плотность, кг/м3;
<рн — коэффициент заполнения сечения шнека транспортируемой
массой (для горизонтальных шнеков <рн = 0,3—0,4, для
вертикальных <рн = 0,7—0,8).
270
Для горизонтального шнека непрерывного действия эта формула
будет иметь вид
QT = л (D2 — d2) sncp<pn/4,
где Dud — диаметры шнека и его вала, м;
s — шаг винта, м;
пс — частота вращения («с = и/2л), с-1.
Заменяя пс ее значением, получим
QT = (£>2 — d2) so)p(pH/8. (203)
Такая подача может быть достигнута, если представить, что масса
корма поступательно движется вдоль оси шнека подобно гайке, зафик-
Рис. 151. Диапазоны применения различных типов мешалок (а) и графики к их
выбору по верхнему пределу вязкости (б);
/ — якорная; II — пропеллерная; /// — турбинная; IV — лопастная; V — рамная; VI —
шнековая; VII — ленточная
сированной в направляющих на образующей кожуха и перемещаю-
щейся при вращении винта. При перемещении зернистых или пасто-
образных материалов осевая скорость будет значительно ниже тео-
ретической, так как материал частично вращается вместе со шнеком.
Это вызывает расслоение части потока и отставание некоторых частиц
от массы, движущейся с максимально возможной скоростью f0.max =
= го) tg а, где а — угол подъема винтовой линии.
Минимальную осевую скорость проф. А. И. Пелеев [20] определяет
по формуле
^о. min = го) sin a (cos a —/sin а), (204)
где / — коэффициент трения.
При этом минимальная подача горизонтального шнека будет
Qmin — 0,25л (О2 — с/2) o)rc sin ас (cos ас — / sin ас) рсрн, (205)
где гс — средний радиус шнека (гс = 0,35 VD2 — d2\
«с — средний угол развертки винта (tg ас = $/2лгс).
271
Таким образом, действительная (вероятная) подача одношнеко
вых смесителей будет лежать в пределах, определяемых значениями
Qmax И Qrnin-
Для шнеков с малыми углами подъема винта (а 10°) и ДЛя
кусковых материалов она будет ближе к максимальной. Для углов
а > 10°, а также при перемещении комбикормов или влажных рас-
сыпных кормов действительная подача будет ближе к минимальной
Подачу двух- и многошнековых смесителей определяют по фор^
муле
Qu ~ 2<PxQpac4> (206)
где z — число шнеков;
<рг — коэффициент, учитывающий перекрытие рабочими деталями
свободного сечения шнека;
Qp-сч — подача, найденная по формулам (203) или (205).
Подачу вертикальных шнековых смесителей порционного дейст-
вия следует определять с учетом времени цикла смешивания одной
порции, загруженной в бункер смесителя.
Определим время однократного воздействия /о.в рабочего органа
смесителя (шнека) на материал
4. В = CMpTll/Qrnini (207)
где VCM — вместимость смесителя, м3;
Qmin — минимальная подача шнека по формуле (205), кг/с.
Тогда минимально необходимое время /см смешивания можно
представить выражением
= (208)
где —кратность циркуляции массы корма, загруженного в сме-
ситель.
Для вертикальных шпеков 4М = 6—7 мин, для горизонтальных
/см = 8—10 мин.
Время /ц полного цикла приготовления порции смеси составляет
/ц /см “Ь /загр “Ь /выгр» (209)
где /загрГи /выгр — соответственно время загрузки и выгрузки корма, с.
Подача смесителя порционного действия будет равна
Qcm = VбРФн/(*о. вКц. + /загр + /пыгр)- (2Ю)
Пример. Определить подачу вертикального шнекового смесителя агрегата
ОКЦ-15 при следующих данных: D = 0,3 м; d = 0,06 м; s = 0,2 м; п = 370 мин'1;
ы = 39 рад/с; а = 19°; f = 0,3; Рб — 1,54 м3; <₽„ = 0,75; /см = 360 с; /загр = 72 с;
/выгр = 90 с; р = 460 кг/м3.
1. Время однократного воздействия по формуле (207) /ов~= 1,54 : 0,25л X
X(0,32—0,Об2) 39 • 0,1 • 0,3 (0,95—0,3 • 0,3) = 22,6 с.
2. Необходимая кратность циркуляции по формуле (208) Кц = 360 : 22,6 = 16-
3. Время полного цикла смешивания по формуле (209) /„ = 22,6-16 + 72 +
+ 90 = 522 с.
4. Подача смесителя ОКЦ-15 (?^м = 1,54'460-0,75 : 522 = 1,02 кг/с = 3,6 т/ч.
Мощность, потребную для привода шнековых смесителей, опреде-
ляют по формулам:
272
для горизонтального
^ш.г = 0,01Ж, (211)
для вертикального
Л^ш B = O,O1QZ., (212)
r^e k — приведенный коэффициент сопротивления движению корма
по кожуху шнека (равный для зерна и комбикормов— 1,2; сырого
солода — 1,5; соли — 2,5; опилок — 4; кусков мяса, измельченных
на ломтики корнеплодов — 8—10).
Лопастные смесители. Подачу горизонтального ло-
пастного смесителя непрерывного действия определяют по формуле
Q, = D2sa>p(pu/8, . (213)
где — коэффициент заполнения емкости (ф„ = 0,3).
Лопастные смесители для приготовления кормовых смесей, как
правило, порционного действия и допускают загрузку до фн = 0,8 их геометрического объема для влажных И фн — 0,7 для полу- т а блица 24. Рекомендуемая влажных кормов. нагрузка на одни смеситель |12]
смесителей определяется так же, Количество обслуживаемых животных, птицы
как и шнековых, т. е. с учетом дли- ,, Смеситель тельностн полного цикла смеши- вания по формуле (209) при /см = елл 79П г Молоч- ные фер- мы Откормоч- ные свино- фермы Птице- фермы
При выборе емкости смесителя в зависимости от числа обслужи- 6 ваемых животных можно руковод- q.o ствоваться данными табл. 24. Скорость вращения лопастей 400 200 3000 1500 До 1000 100 000 50 000 До 25 000
определяется из условия, что цен-
тробежная сила ma2R„ действующая на частицу, не должна пре-
вышать силы тяжести этой частицы, иначе она сойдет с лопасти и
выйдет из активного процесса перемешивания.
При ma>2Rn mg критическая, т. е. максимально допустимая,
угловая скорость лопастной мешалки определится из формулы
= (214)
где R:[ — наибольший радиус вращения лопасти, м.
Мощность А\ для привода лопастного смесителя в работу опре-
деляется с учетом действующих на лопасти сопротивлений [26].
Рассмотрим схему сил (рис. 152, а), действующих в плоскости,
перпендикулярной к оси вала мешалки, когда лопасть погружена
в перемешиваемый корм.
На лопасть действует равнодействующая R всех сопротивлений,
отклоненная от нормали N на угол ф трения. Для преодоления этой
равнодействующей необходимо приложить со стороны лопасти рав-
ное R, но противоположно направленное усилие Р.
273
Нормальную составляющую Р„ этого усилия разложим по направ-
лениям окружной и осевой скоростей, в результате получим усн.
лия Рр, сообщающее частицам вращательное движение, и Ро, пере-
мещающее эти частицы в осевом направлении. При этом Рр = Рп cos а
и Ро = Рп sin а, где а — угол наклона лопасти к оси вращения вала
мешалки.
Кроме того, под действием нормальной составляющей равнодей-
ствующей R в плоскости движения частиц по лопасти возникнет
сила трения Fip — fPn, направленная против относительного дви-
жения частиц по лопасти.
Разложим силу трения Ртр на окружную и осевую составляющие:
F'jp.p = Ртр sin а = /Р„ sin а и F'Tp.o — FTp cos а = fPn cos а.
Рис. 152. Расчетные схемы лопастного смесителя:
а — действующие силы; б — конструктивные параметры
Суммируя полученные векторы по направлениям, получим зна-
чения: окружного усилия Рр — Рр + F'yp p = Рп (cos а + f sin а);
осевого усилия Ро = Р’о — р;р.о = Рп (sin а — f cos а).
При движении погруженной в материал лопасти сопротивления
вдоль нее распределяются по закону треугольника (рис. 152, б)
и точка приложения равнодействующей R находится в центре тяжести
этого треугольника, или на расстоянии гср двух третей длины лопасти
от оси вращения.
При не полностью заполненной емкости и при вращении лопасти
глубина ее погружения является величиной переменной. С учетом
отмеченного нормальная составляющая Рп сил сопротивлений опре-
деляется по формуле
Рп = 9,81 phcpF,,tg2 [45 + (<р/2)], (215)
где hcp — средняя глубина, равная половине наибольшей глубины
погружения лопасти, м;
Fx — проекция площади лопасти, погруженной в материал,
на направление вращения, м2;
ср — угол внутреннего трения, град.
274
Косо поставленные лопасти в смесителе действуют подобно шнеку
и сообш.ают перемешиваемой массе корма окружную (вращательную)
у и осевую v0 скорости.
₽ Мощность Мл (кВт), потребная на привод лопастной мешалки,
определится по формуле
^л = (^₽ + ^о)гл/1000, (216)
где — число одновременно погружаемых лопастей.
Значения окружной скорости можно определить по формуле
Ур = О)Гср,
где гср — средний радиус, или расстояние от оси вращения до точки
приложения равнодействующей сил сопротивлений, м.
Осевая скорость равна
у0 = ур cosa sina, (217)
где a — угол наклона лопасти к оси вращения вала мешалки.
Методика расчета смесителей других типов приведена в литера-
туре [4, 13, 26, 52, 64, 65].
При проектировании лопастных смесителей непрерывного действия
рекомендуется вести расчет основных параметров на основе теории
подобия.
Так, при наличии хорошей конструкции смесителя, который
используют в качестве модели, расчет можно вести по формулам,
предложенным Ф. Г. Стукалиным,
Ц1 = ^м = сом /DjDn;
Мп = Мма)п^82/(а)Х82), (218)
где Da и Dw — диаметры, соответственно проектируемого смесителя
и модели;
со — угловая скорость;
N — мощность.
Раздел 6
МАШИНЫ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ КОРМОВ
6.1. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ УПЛОТНЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ
6.1.1. Способы уплотнения. В сельском хозяйстве нашей страны
ежегодно заготовляют около 120 млн. т сена и сенажа и примерно
*50 млн. т соломы, мякины и других грубых кормов, имеющих малую
плотность. Для улучшения транспортабельности, снижения стоимости
перевозок, более экономичного использования складских помещений
275
и тары, а также обеспечения лучшей сохранности питательных вещее?
и витаминов корма уплотняют. в
У п л о т н е н и е м называется процесс сближения частиц зе„
нистого или волокнистого материала под действием приложении*
внешних сил с целью повышения его плотности. В качестве готового
продукта процесса уплотнения образуется монолит, который в зави-
симости от его конечной плотности и вязкости может сохранять свою
форму под влиянием внутренних сил сцепления, или внешних реакции
от ограничивающих элементов (обвязка, стенки емкости).
Уплотнение кормов осуществляют следующими способами;
сжатием, скручиванием, виброутряской, экструзией, окатыванием^
Процесс уплотнения сжатием в закрытой камере в технике принято
называть прессованием. В зависимости от требуемой плотности моно-
лита в результате прессования стебельных кормов получают тюки
(плотность 120—160 кг/м3), требующие обвязки, или брикеты (плот-
ность 600—900 кг/м3), сохраняющие свою форму без обвязки. При
прессовании комбикормов или травяной муки получают гранулы
(плотность 1200—1300 кг/м3). Плотность рыхлого сухого сена состав-
ляет 40—50 кг/м3.
Классификация способов уплотнения стебельных кормов прессова-
нием может быть сделана по их исходным характеристикам и виду
конечных продуктов (табл. 25). При этом различают способы прессо-
вания в тюки (обычные или повышенной плотности), рулоны или жгуты,
брикеты и гранулы.
Таблица 25. Классификация способов прессования кормов
Показатели Форма уплотненного корма
1 ЮКИ Рулоны и жгуты Брикеты Г ранулы
обычные высокой плотности
Размеры частиц исходного ма- териала, мм Нсизмельченные стебельные корма, 400—800 Сечка длиной 5—50 мм Комбикорм, дерть, тра- вяная мука, 0,3-1,8
Размеры моно- лита, мм От 300x400 до 400—600 250—380 Рулоны, 800-1000; жгуты, 80—120 От 30x30 до ЮОхЮО Диаметр 10—20
Длина, мм 600—1300 800-900 Рулоны, 1000—1200; жгуты 100—400 20—200 12-30
Плотность, кг/м3 120-150 220—400 300—600 600—900 1000—1300
Способ сохране- Обвязка проволокой Рулоны, об- Внутренние силы взаимо-
ния формы монолита или шпагатом вязка шпага- том; жгуты, механиче- ское сцепле- ние частиц действну механиче- ское сцепле- ние частиц: адгезионные силы связую- щих веществ
276
Кроме того, способы прессования различают в зависимости от зна-
рний приложенного давления: 1) прессование без связующих добавок
4 и малых давлениях (15—20 Л\Па); 2) прессование без связующих
обавок при высоких давлениях (30—35 МПа); 3) прессование с присад-
связующих веществ при малых давлениях (5—10 МПа).
Из табл. 25 видно, что наиболее совершенными способами прессо-
вания являются брикетирование и гранулирование, позволяющие
поручить наиболее высокую степень уплотнения.
Анализ конструкций рабочих органов прессующих машин позво-
ляет разделить их на семь основных групп (рис. 153): поршневые 1,
2, рулонные 5—7, транспортерные 8, шнековые (экструдеры) 9, валь-
цовые 11, .12 и кольцевые, или матричные, 13—18. Для брикетиро-
вания и гранулирования кормов наиболее широко используются коль-
цевые (матричные) и штемпельные 3, 4, а для производства амидо-
концентратных добавок — экструдеры 10. Разработку новой техники
в этой области ведут ВНИИКОМЖ, а также ГСКБ по сеноуборочным
машинам (г. Фрунзе), где разрабатываются самоходные кормоубороч-
ные машины и рулонные пресс-подборщики, и ГСКБ по машинам для
приготовления витаминизированных кормов (г. Вильнюс), где разра-
батываются агрегаты АВМ и прессы для брикетирования и гранулиро-
вания кормов.
6.1.2. Физико-химические основы уплотнения зернистых и волок-
нистых материалов. Физическая сущность прессования сводится к
сближению и сцеплению частиц твердой фазы, т. е. к уплотнению
и упрочению разрыхленной массы корма путем механического дав-
ления.
В качестве характеристики брикетируемости (граиулируемости)
корма служит степень уплотнения Хупл, представляющая собой отно-
шение объема V порции материала до прессования к объему Ук полу-
ченного брикета. При уплотнении в камере с постоянной площадью
поперечного сечения будет справедливо выражение
\пл= V/VK = /i//iK,
где h и — высота слоя до и после прессования в камере постоянного
сечения.
Если плотность рыхлого материала обозначить через р0 (кг/м3),
а плотность полученного монолита р (кг/м3), то степень уплотнения
\пл = Мр/(р0Л1) = р/р0, (219)
где М — масса брикета.
Молекулярная теория уплотнения. Для опи-
сания внутреннего механизма процесса уплотнения и раскрытия
истинных причин, обусловливающих эффект сцепления частиц в моно-
лите, существует несколько теорий — капиллярная, коллоидная,
молекулярная и др.
Наибольшее признание получила молекулярная теория, разрабо-
танная В. М. Наумовичем на основе термодинамической теории прили-
чия Б. В. Дерягина. Согласно последней основная причина соеди-
277
Рис. 153. Типы рабочих органов прессов, брикетировщиков и грануляторов кормов.
1, 2 — поршневые; 3, 4 — штемпельные; 5, 6, 7 — рулонные; 8 — транспортерные; 9
шнековые; 10 — экструдеры (шнекн высокого давления); И, 12 — вальцовые; /2» ,9’
16 — вальцовые с кольцевой матрицей; 17, 18 — вальцовые с плоской мвтрицей
ения твердых частиц между собой усматривается в явлении прилипа-
ния- По этой теории наличие сил молекулярного притяжения между
томами и молекулами приводит к появлению сил между макроскопи-
ческим» телами, аналогичных силам прилипания.
Повышение давления способствует упрочению монолита за счет
устранения воздушных пор и пустот и увеличения площади контактов
между частицами, что приводит к возрастанию сил молекулярного
прилипания. При достижении телом беспористого состояния дальней-
шее увеличение давления становится неэффективным.
Рис. 154. Теоретическая прочность и характер связи частиц в зависимости от их
размеров (по Г. Румпфу)
На рис. 154 представлена диаграмма Г. Румпфа, характеризующая
действие различных форм связей между частицами в зависимости от их
размеров. Область I отражает условия прессования при брикетирова-
нии и гранулировании. Она характеризует связи, возникающие при
соприкосновении поверхностей (механические) и от связующих ве-
ществ (адгезионные). В данной области прочность связей зависит глав-
ным образом от приложенного давления, а не от размеров частиц.
В области II связи более слабые, создаваемые между твердыми
частицами мостиками кристаллизации солей из растворов. Здесь
прочность связи в некоторой мере возрастает при уменьшении размеров
частиц. Эта часть диаграммы отражает условия процесса гранулиро-
ванпя влажным способом и окатыванием, при которых после сушки гра-
нул возникают прочные связи в результате кристаллизации солей.
На участке А для частиц диаметром меньше 1 мкм прочность связей
определяется силами Ван дер Ваальса. Участок Б действителен для
совместного действия Вандерваальсовых сил и связей от сорбционных
279
пленок влаги. Сравнительно узкий участок В характеризует поп
ность связей от капиллярных сил, действующих в микрокапилляпз
с радиусом от 10~3 мкм и менее. На участках Г и выше возможны связи*
возникающие от спекания или действия вязких связующих (напримеп’
жиров).
Формы связи влаги с твердыми телами. Мали
чие коллоидов, пластополимеров в растительных материалах, высокая
пористость делают их весьма чувствительными к присутствию в сис-
теме воды. При этом важнейшее значение имеет не только ее абсолют-
ное количество (влажность), а состояние, в котором она находится
Классификация форм связи воды с веществом растительных материалов
разработана акад. П. А. Ребиндером; она учитывает потребное коли-
чество энергии, расходуемой на процесс обезвоживания. Основные
формы связи воды с материалом следующие: химическая, физико-хи-
мическая и механическая.
Механическая связь воды с материалом является наименее прочной
и характеризуется неопределенностью количественных соотношений.
Сюда относится капиллярная влага и влага смачивания, обладающие
свойствами обычной воды.
Способность капиллярно-пористых тел сорбировать влагу коли-
чественно характеризуется их максимальной гигроскопической влаж-
ностью, под которой принято понимать то количество воды, которое
материал поглощает в атмосфере, насыщенной влагой. По исследова-
ниям М. В. Порилы, максимальная гигроскопическая влажность тра-
вяной муки составляет 25—26%.
6.2. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УПЛОТНЯЕМЫХ КОРМОВ
И МЕТОДЫ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
На выбор конструктивных параметров оборудования и показателей
режимов его работы решающее влияние оказывают свойства исходных
материалов, из которых основное значение имеют структурно-меха-
нические. По виду приложения усилия или напряжения к перерабаты-
ваемому материалу эти свойства делят на три группы: объемные, по-
верхностные и сдвиговые.
Объемные свойства определяют поведение объема тела при воздей-
ствии на него нормальных напряжений в замкнутой форме или между
двумя пластинами.
Поверхностные свойства характеризуют поведение поверхности
тела на границе раздела с другим твердым материалом при воздейст-
вии нормальных (адгезия) и касательных (внешнее трение) напряже-
ний.
Сдвиговые свойства характеризуют поведение объема тела при
воздействии на него сдвиговых, касательных напряжений.
6.2.1. Объемные структурно-механические свойства. Физико-меха-
нические свойства зернистых и волокнистых твердых тел обусловлены
размерами и формой частиц, состоянием поверхности и внутренне11
структурой материалов. Они составляют большую группу свойств,
280
оебующих специальных методик их оценки и определения с примеие-
Тпем соответствующей аппаратуры. К таким свойствам относятся
тотность, пористость, трение, липкость и др.
Плотность — это количество вещества, заключенное в еди-
нице объема (кг/м3). Из всех известных методов экспериментального
определения плотности наиболее простым является пикнометрический,
pjpn этом плотность ре>в сухого вещества кормов определяется по
формуле
Рс.в = ржМС1 + С2 + 0з)> (220)
где Рж — плотность жидкости, заполняющей пикнометр (до риски),
кг/м3 (для гидрофильных материалов во'избежание набуха-
ния следует применять жидкость бензольного ряда —
ксилол, чистый бензин);
Gt — масса пикнометра, заполненного жидкостью, кг;
G2 — масса образца, кг;
G3 — масса пикнометра с образцом и жидкостью, налитой до
риски, кг.
Пикнометрическая плотность сухого вещества (при удаленном
воздухе) сечки из злаковых трав и полнорационных брикетов (в наших
опытах) колеблется в пределах 1350—1400 кг/м3, соломы и комбикор-
мов — 1400—1440 кг/м3.
Ранее было указано, что при сушке из материала удаляется только
свободная вода, а связанная (адсорбционная) остается, поэтому пикно-
метрическая плотность характеризует не абсолютно сухое вещество,
а вещество, включающее в себя и связанную воду.
При прессовании кормов происходит увеличение плотности от
исходной р0 (плотность укладки) до конечной рко„, которая в произ-
водственных условиях всегда меньше пикнометрической плотности
Рс.в, так как часть аклюдированного воздуха остается в гранулах или
брикетах.
В табл. 26 приведены экспериментальные значения плотности для
брикетируемых и гранулируемых кормов, полученные на кафедре
механизации животноводческих ферм ЛСХИ.
Таблица 26. Свойства брикетируемых и гранулируемых кормов
Корм Влажность, % Плотность, кг/м3 Средний раз- мер частиц, мм Угол естест- венного отко- са, град
Сечка из разнотравья 14 72 24,9 57
^езка из соломы 14 29 40,7 55
Комбикорм 14 413 1,5 —
Травяная мука 15 •220 0,3 47
Нолнорационная смесь 14 93 19,5 50
- Из та^л- видно, что при установленной плотности брикетов 600—
у00 кг/м3 и исходной плотности полнорационной смеси 90—95 кг/м3
281
в процессе брикетирования происходит уплотнение с уменьшение
объема в 6,7—8,4 раза, а при гранулировании травяной мукц>_М
5,6—6раз. Любопытно отметить, что при измельчении сечки в травящ В
муку объем массы уменьшается более чем в 3 раза (за счет «утряски»!
Слой зернистого материала занимает больший объем, чем сплошной
кусок твердого тела, из которого получены частицы. Это вызвано
появлением в слое свободных пространств между зернами. Отноше-
ние суммарного объема Vo пространств между зернами к полному
объему V слоя называется порозностью и обозначается через П •
n0^V0/V=l-(V3/V),
где V3 — объем частиц твердого тела в слое.
Реальные сыпучие тела состоят не из однородных зерен, а пред,
ставляют собой сложную смесь из разных по размерам частиц, имею-
щих внутренние микро- и макрокапилляры, а также трещины и щели,
заполненные воздухом. По отношению к отдельному монолиту свойство^
аналогичное порозности зернового слоя, называется пористос-
тью и определяется по формуле
По = Vo/V=\-(V'3/V), (221)
где Vo — объем свободных пространств внутри монолита;
V — общий объем монолита;
Уз — объем твердого вещества, заключенного в монолите.
В эксперименте практически невозможно учесть раздельно коли-
чество воздуха, заключенного в пространствах между частицами моно-
лита, и воздуха, аклюдированного в системе капилляров, поэтому
в дальнейшем будем пользоваться термином пористость с определением
по формуле (221), т. е. без учета аклюдированного воздуха.
При определении пористости измельченной зеленой массы необхо-
димо учитывать и объем, занятый водой. В общем случае пористость
определится по формуле
Л = (УВОЗд4-УВОд.)/У. (222)
Экспериментальное определение пористости можно провести иа
приборе, представленном на рис. 155. Прибор состоит из двух герме-
тичных сосудов 5 и 9, соединенных трубкой 3 с баллоном 1 со сжатым
воздухом. Сосуд 5 в опыте служит источником сжатого воздуха, а в
сосуд 9 помещают испытываемый материал. На трубопроводе 3 разме-
щены краны 4, 7, 8 и манометр 6.
Методика проведения опыта сводится к следующему. Вначале
определяют плотность испытуемого материала. Затем в сосуд 9 поме-
щают пробу. Закрыв кран 7 и открыв кран 4, наполняют воздухом
сосуд 5 из баллона 1 через редуктор 2 давления. При достижении
необходимого давления (0,2 МПа) закрывают кран 4 и записывают
показания Рг манометра 6. Затем закрывают кран 8 и открывают кран 7,
после этого снова записывают показания Р2 манометра 6.
Пористость материала П определяют по отношению давлений, т. е,
П = (Р1/Р2) 100%.
282
Пористость тесно связана с плотностью сыпучего материала; ли-
чно уменьшается по мере увеличения плотности. Для брикетов
Зычной плотности р = 600—800кг/м3 пористость составляет 45—60%.
Пористость сечки, измельченной соломы, рассыпной травяной муки
доставляет 80—85% при плотности их 200—250 кг/м3.
6.2.2. Поверхностные свойства. Трение. Прессование кормов в ка-
мере непосредственно связано с перемещениями частиц под влиянием
действующих внешних сил и преодолением сил трения, как внешнего,
так и внутреннего.
Для определения зависимости коэффициентов трения от нормального
давления, влажности материала, крупности частиц и скорости их
перемещения может быть использован прибор, состоящий из ящика
Рис. 155. Схема прибора для определения пористости зернистых материалов
/ (рис. 156, а) с направляющими, по которым перемещается коробка 2
без дна, заполненная, как и ящик, испытуемым материалом 3. Поверх
материала в коробку укладываются пластина и груз. Коробка полу-
чает движение от электродвигателя 14, через нить 10, присоединенную
к тензобалочке 4, укрепленной на передней стенке коробки. Скорость
перемещения коробки изменяется с помощью ступенчатого шкива на
выходном валу редуктора 13. При определении коэффициента внешнего
трения материала последний насыпается в коробку, а на направляющие
в ящике укладывается пластина из стали, дерева или другого мате-
риала, относительно которого определяется коэффициент трения,
па рис. 156, б показана осциллограмма, полученная с помощью рас-
сматриваемого прибора. Коэффициент трения определяется по данным
наблюдений на основании обработки полученных осциллограмм и
подсчитывается по формуле
f = т/сг,
где т — касательные напряжения в плоскости сдвига, Па;
а — нормальные напряжения на уровне плоскости сдвига, Па.
283
Касательные напряжения в плоскости сдвига определяют по
муле 4Р'
т = {Р1 — Pt)/F, (223)
где Рг — усилие сдвига и перемещения коробки с материалом, Ьр
Р2 — усилие сдвига и перемещения пустой коробки, Н; ’ ’
F — площадь сечения коробки в плоскости сдвига, м2.
Рис. 156. Схема прибора для определения коэффициентов трения (о) и типичная
осциллограмма (б):
al 1 — ящик; 2 — коробка; 3 — исследуемый материал; 4 — ба ломка; 5 — тензодатчик»
6 — кабель; 7 — усилитель; 8 — осциллограф; 9 — блок питания; 10 — нить; 11 — блок,
12 — упор; /3 — редуктор; 14 — электродвигатель; 15 — опора; 16 — реостат; 17 — кноп-
ки управления; 18 — стол; 6; 1 — усилие при сдвиге коробки; 2 — усилие при движении
Нормальные напряжения находят по формуле
ст = 9,81 (МГР + МПЛ + МН)/Л
где Мгр и ЛТПЛ — масса груза и пластины, кг;
/Им— масса материала в коробке, кг (Л'/„ — Fhp, если
h — высота слоя, м, а р — плотность, кг/м3).
(224)
Коэф41ИЦИент внутреннего трения больше, чем внешнего, и оба
•меньшаются при увеличении нормального давления.
Для определения коэффициентов трения кормовых смесей при
ысоких давлениях, соответствующих режимам прессования, исполь-
\ется прибор, схема которого представлена на рис. 157. Цилиндри-
ческая матрица 2 расположена в корпусе 1 и может свободно переме-
щаться вдоль него; от проворачивания она зафиксирована стопорами
1$ В середине матрицы в диаметральном направлении проделана
прорезь прямоугольной формы, в которую свободно вставляется стер-
Рис. 157. Схема прибора для определения коэффициентов треиия при высоких
давлениях
/1700 SAH47M
жень 7 с термоизолирующей прокладкой 5. В осевом направлении по
центру матрицы имеется канал квадратного сечения. При вставленном
стержне 7 осевой канал матрицы делится стержнем на две части,
заполняемые перед опытом испытуемым материалом 14. Материал
сжимается правым 9 и левым 16 пуансонами, которые нагружаются
нажимным винтом 11 с гайкой 10, закрепленной в корпусе болтом 12.
Передача усилия происходит через шарик 6. Между левым пуансоном
16 и направляющей втулкой 20 вставлена пружина 17. В пазы матрицы
вмонтирована нагревательная спираль 13. Температура матрицы за-
меряется с помощью микротермистора 4, изолированного прокладкой,
и микроамперметра 3. На стержне 7 и на правом пуансоне наклеены
проволочные датчики 8 сопротивлений. Сигналы от датчиков пере-
даются через усилитель 18 и регистрируются на ленте осциллографа 19.
285
Прибор работает следующим образом. В матрицу при вставлен»
стержне засыпается исследуемый материал и сжимается пуансона
Зажатый стержень 7 затем проталкивается с помощью пресса. уСНл 1И‘
приложенные к стержню и пуансону, фиксируются осциллографгЛ
Статический коэффициент трения /ст определяется по формуле
f„ = fcl/2A\,
где FCT — сила трения (усилие на стержне) в начальный момент сдвига
стержня, Н;
Ni — сила нормального давления (усилие на пуансоне) в началь-
ный момент сдвига стержня, Н.
6
Рис. 158. Зависимость коэффициентов
трения покоя /ст и движения Д тра-
вяной муки из разнотравья от нор-
мального давления р (а), влажности
В (б) и температуры Т (в)
Динамический коэффициент трения /д определяется по аналогич-
ной формуле
/д=/\/№),
где Рд — сила трения в период движения стержня, Н;
Nz — сила нормального давления в период движения стержня, Н-
На рис. 158 представлены графики, полученные В. Ф. Некрашеви-
чем и отражающие зависимость значений статического и динамического
коэффициентов трения травяной муки от нормального давления,
влажности и температуры.
Из графиков видно, что при увеличении давления от 6 до 30 МПа
статический коэффициент трения уменьшается примерно в 5 раз в ре-
286
ьТаТе выжимания воды из материала к ограждающим стенкам.
Ш стенках канала пресса вода действует как смазка, и адгезионные
пы, проявляющиеся при малых давлениях, уже не играют заметной
Р ‘j-jpu увеличении влажности травяной муки от 5 до 20% (при темпе-
ратуре 378 К) коэффициенты трения уменьшаются примерно в два раза.
При увеличении температуры прессуемого материала с 293 до 373К
коэффициенты трения уменьшаются в 2,5—5 раз. Это можно объяснить,
с одной стороны, понижением вязкости воды, а с другой — образова-
нием на стенках канала прессования паровой прослойки, изменяющей
условия трения.
Коэффициенты трения стебельных кормов имеют минимальные
значения при давлениях свыше 25 МПа, влажности 18%, температуре
свыше 373К и скорости перемещений свыше 0,3 м/с.
6.2.3. Сдвиговые реологические свойства и модели. При изучении
механизма разрушения твердых тел применительно к процессам измель-
чения кормов мы установили, что при ударной нагрузке материал
деформируется по схеме хрупкого разрушения, когда пластические
деформации почти полностью отсутствуют и разрушающие напряжения
возникают сразу вслед за пределом текучести. При этом мы не интере-
совались тем, что происходит в частицах материала после отделения
их от разрушенного куска (монолита).
При изучении процесса уплотнения зернистых материалов путем
прессования мы должны особо тщательно рассмотреть процессы дефор-
мации, протекающие в самих частицах, из которых формируется
монолит (твердое тело).
Изучением внутреннего механизма деформационных процессов
дисперсных систем, в том числе и вязкопластических материалов,
занимается реология — наука о деформации и течении различ-
ных тел.
Реология включает два раздела [61: первый посвящен изучению
реологических или, в более общем смысле, структурно-механических —
сдвиговых свойств реальных тел; второй рассматривает движение
реальных тел в рабочих органах машин и аппаратов и разрабатывает
инженерные способы их расчета.
В настоящем разделе рассмотрим вопросы, связанные с изучением
структурно-механических свойств, к которым относятся упругость,
вязкость, пластичность и прочность.
Известны три реологические модели идеализированных свойств
реальных материалов: модель идеально упругого тела (тело Гука),
изображаемая в виде пружины; модель идеально пластического тела
(тело Сен-Венана), изображаемая в виде пары скольжения; и модель
идеально вязкого тела (тело Ньютона), изображаемая в виде цилиндра
с вязкой жидкостью, в котором перемещается поршень с калиброван-
ными отверстиями в его дне. Соединяя последовательно или парал-
лельно элементы, имитирующие разные свойства, можно получить
МоДели многих весьма сложных тел и проследить за протеканием в них
Деформационных процессов.
287
Так, в результате исследования процесса гранулирования травяной
муки прессованием установлено, что в ходе уплотнения можно отметить
три этапа. На первом из системы вытесняется воздух, деформация
муки происходит при ничтожно малых нагрузках. После снятия ца.
грузки деформации не снимаются. На кривой давление прессования —
плотность (рис. 159, а) участок первого этапа проходит вблизи от
оси абсцисс.
Второй этап характеризуется интенсивным развитием упругоплас-
тических деформаций и быстрым увеличением давления прессования.
Рис. 159. Зависимость давления прессования травяной муки от плотности при раз-
личной влажности (а) и реологическая модель (б) этого процесса (по Г. Я. Фарб-
ману):
а; /-3 = 5%; 2-13%; 3-15%; 4-16%; 5-22%
На третьем этапе сжимается уже сформированный монолит, в кото-
ром преобладают упругие деформации при резко возрастающем давле-
нии. После снятия нагрузки деформации снимаются с некоторым
запаздыванием во времени, что связано с наличием упругого после-
действия.
Для описания процессов гранулирования травяной муки Г. Я. Фарб-
май предложил трехзвенную реологическую модель (рис. 159, б),
в которой первый этап прессования моделируется пружиной малой
жесткости (тело Гука) с защелкой на конце, второй этап — звеном,
состоящим из соединенных параллельно тел Ньютона (r]i) и Сен-Венана
(от). Первое и второе звенья вместе составляют упруго-вязкопласти-
ческое тело Бингама. Деформации в таком теле после снятия нагрузки
не исчезают, и в нем сохраняются остаточные напряжения. Третий
этап моделируется звеном (тело Кельвина), состоящим из соединенных
параллельно тел Ньютона (i]2) и Гука (£2).
288
Представленная модель позволяет рассмотреть весь процесс сжатия
атериала, суммарная деформация которого составит
в = Ej. + е2 + ез- (22о)
1-е звено — упругое тело. Напряжение прямо пропорционально
деформации Qi = Е^.
* 2-е звено — вязкопластическое тело. Тело Сен-Венана ведет себя,
как твердое тело, и не начнет деформироваться до тех пор, пока напря-
жения в нем не превысят предел текучести ат (предельное напряжение
сдвига). При а = аг тело начинает течь с некоторой скоростью.
После этого вступает в действие тело Ньютона (демпфер), испытывая
напряжения T]1(de2/di[)- Таким образом, суммарное напряжение в звене
а2 = ат + 'ni(de2/dO-
3-е звено — упруговязкое тело Кельвина, в котором общее напряже-
ние равно сумме напряжений от упругих деформаций ау и вязкого те-
чения ов, т. е. а3 = £3е3 + T]2(de3/dZ).
Решая уравнение (225) и учитывая, что скорость деформации de/d/=
= v = const, t = 0, а0 = 0, найдем выражения для деформаций каж-
дого звена модели.
Первое звено
ех = ст1/£'1 (226)
Второе звено
е2 = (а2 - ат) (227)
где t — время.
Третье звено
Ез = а3 [ 1 - ехр (— £Кз/1]2)]/£'2. (228)
Численные значения характеристик реологических свойств находят
из экспериментальных диаграмм «напряжение — деформация» и рас-
считывают по выражениям (226), (227) и (228).
6.2.4. Последействие. Релаксация. Ползучесть. При уплотнении
в материале накапливается потенциальная энергия упругих деформа-
ций, поэтому после снятия давления происходит его упругое расши-
рение, преимущественно в направлении прилагавшегося давления.
Отношение объема Ур материала после полного расширения к его
объему 1/д под давлением называется коэффициентом упругого расши-
рения и обозначается через /гу.р,
^.р = ^р/Кд. (229)
Наблюдения показали, что для грубостебельных кормов при одно-
кратном сжатии kyp = 2—2,5, при этом монолиты получаются непроч-
ыми, имеют поперечные трещины и разваливаются. Монолиты полу-
аются прочными, если они находятся в канале пресса в течение вре-
ени, достаточного для завершения релаксации. В этом случае коэф-
фициент kyp составляет 1,1—1,15 [19].
^9 С. В, Мельников 289
Таким образом, для уменьшения упругого расширения, вызыса
щего снижение механической прочности монолита, необходима J0
держка под давлением, которая обеспечивает упрочнение структ,Ь1'
монолита вследствие перехода упругих деформаций в пластические
Для последующих рассуждений восстановим в памяти определений
некоторых понятий, которые необходимы для уяснения явлений, рас'
сматриваемых в реологии.
Напряжение — это мера внутренних сил, возникающих в
твердом или в твердообразном теле под действием приложенных к нем
внешних воздействий (сил, температуры и др.). ‘ *
В толще сыпучего материала под влиянием массы лежащих выше
слоев, а также приложенной внешней силы возникают нормальные
напряжения сжатия а и среза т, или касательные. При прессовании
материала вдоль оси канала действует осевое усилие Ро прессования,
которое на единицу площади SK поперечного сечения канала оказывает
осевое давление р = P0/SK (Па). Осевое давление — понятие, адекват-
ное нормальному напряжению сжатия.
В общем случае связь между нормальными и касательными напря-
жениями графически изображается с помощью кругов Мора 113].
Деформацией называется относительное смещение частиц,
при котором не нарушается непрерывность самого тела, т. е. сплош-
ность среды. Способность деформироваться под действием внешних
сил — основное свойство всех реальных тел.
Деформация сопровождается возникновением внутренних сил вза-
имодействия между частицами тела. Мерой интенсивности внутренних
сил упругости является напряжение. Напряженное состояние в любой
произвольно выбранной точке тела определяется напряжением в трех
взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через эту точку.
Всестороннее неравномерное сжатие осуществляется так, что в ста-
дии упругих деформаций за счет наличия пор и пустот между части-
цами происходит поперечное удлинение любого элемента монолита;
в результате возникают касательные напряжения сдвига. Напряжение
сдвига равно отношению силы, действующей в плоскости сдвига, к пло-
щади поверхности сдвига. Минимальная сила, необходимая для осу-
ществления сдвига, определяется предельным напряжением т0 сдвига
(предел текучести).
При сдвиге слои перемещаются с различной скоростью. Одной из
основных задач реологии является изучение зависимости между напря-
жением и скоростью сдвига. Отношение напряжения сдвига к скорости
сдвига называется вязкостью материала.
Вязкость является мерой сопротивления сдвигу, возникающем)'
при вязкопластическом течении, и оценивается динамическим коэф'
фициентом вязкости т] (Па -с):
т| = T/(dy/dz/), (23п)
где dv/dy — градиент скорости.
Релаксацией называется процесс постепенного уменьшения
(рассасывания) действующих напряжений до нуля или до какой-нибу'Дь
290
111ЧННы при не изменяющейся во времени деформации. По Максвел-
лу напряжения при релаксации изменяются по зависимости
'Г = Т;вачб_С//'1, (231)
е т iq — напряжение в начальный момент времени (/ = 0), Па;
ГД 6 — модуль сдвига, Па;
г| — вязкость, Па -с;
t — текущее время, с.
Величина i]/G = '/'ре., называется периодом релаксации; она отме-
чает время, за которое напряжения уменьшаются в е раз (е « 2,72).
Ползучесть — свойство, противоположное релаксации, т. е.
постепенное нарастание во времени суммарной деформации при сохра-
нении напряжения постоянным. Ползучесть приходится учитывать при
расчете гидротрэкспортных систем в животноводстве.
Рис. 160. Зависимости релаксации напряжений (а) и относительной деформации (б)
от продолжительности воздействия нагрузки:
а: I - В = 24%; 2 - В = 10%; 3 - В = 4%; б; 1 - р0 = 25 кг/м»; 2 - р0 = 35 кг/м5;
J — Ро = 50 кг/м3; 4 — р0 я». 60 кг/м8
Теоретический анализ релаксационных процессов, связанных с вли-
янием времени действия нагрузки на уплотнение растительных мате-
риалов, основан ца теории последействия Больцмана, разработанной
им в 1874 г.
Для технологии брикетирования и гранулирования кормов важней-
шее значение имеет глубокое знание основных зависимостей между
Действующими напряжениями и деформациями. О характере их изме-
нении судят по форме и расположению реологических кривых.
Многообразие процессов и свойств деформируемых сред исключает
возможность ограничиться одной какой-либо кривой, поэтому в зави-
симости от поставленной задачи для описания того или иного про-
веса пользуются соответствующей кривой. В качестве примера на
Рис. 160, а приведены кривые релаксации клеверо-тимофеечного сена
Разной влажности В [19] при однократном прессовании. Из графика
ледует, что процесс релаксации можно условно разделить па две
Тадии: первую, когда снижение напряжений происходит быстро,
вторую, когда напряжения затухают медленно. Под разделение на
стадии имеет практическое значение при организации рабочего
цесса пресса, в каналах которого материал может находиться огра^0'
ченное время. По данным И. А. Долгова, различие в кривых релакс
ции разных сено-соломистых материалов незначительно и снижен!"
напряжений составляет 33—37% от Ртах. е
На рис. 160, б представлены кривые ползучести 8 = f(t) спресср
ванного сена, отмечающие увеличение деформации 8 во времени nni"
разных начальных давлениях для каждого опыта. Более полное пред,
ставление о развитии деформаций во времени дают кривые кинетики
8 = f(t), полученные при напряжениях, превышающих предел теку-
чести (т > тт) при нагрузке и продолжающихся после снятия нагрузки
Из графика видно, что чем меньше начальная плотность материала
(р0 — 25 кг/м3), тем больше проявляются явления ползучести. На
отрезке АВ имеют место эластические деформации, а на отрезке ВС —
пластические, необратимые.
6.2.5. Экспериментальное определение характеристик сдвиговых
свойств. Для изучения кинетики деформаций при брикетировании
полнорационного корма (комбикорм 30%, сечка из злаковых трав 60%,
солома 10%) Н. В. Хилковым под нашим руководством были проведены
экспериментальные исследования на приборе типа Вейлера—Ребин-
дера методом тангенциально-смещаемой пластины.
Прибор (рис. 161, п), конструктивно приспособленный к работе
со стебельными кормами, позволяет определять реологические харак-
теристики при изменении нормального давления от 0 до 1 МПа. Испы-
туемый образец 4 перекашивается под действием горизонтального
усилия Ргор, обусловленного силой тяжести груза, подвешенного на
нити, пропущенной через блок. Максимальный угол перекоса 45°.
Напряженно-деформированное состояние образца в приборе соответ-
ствует простому одностороннему сдвигу. Абсолютная величина дефор-
мации сдвига замеряется микрометрическим индикатором с ценой
деления 0,01 мм. Сначала замеряется деформация сдвига при действии
нормального давления от груза, помещенного на верхнюю пластину,
затем груз снимается, и через те же интервалы времени замеряется
деформация при снятии напряжений.
Испытанию подвергают серии одинаковых образцов, которые испы-
тываются при одинаковой вертикальной нагрузке и последовательно
увеличивающемся от опыта к опыту горизонтальном усилии. Наиболь-
шую массу груза, подвешиваемого на нить, подбирают с таким расче-
том, чтобы до разрушения образца выполнить на нем 6—7 циклов
«нагрузка—разгрузка», увеличивая каждый раз горизонтальное сдв11'
гающее усилие Ргор. Испытания повторяют не менее трех раз.
Результаты наблюдений записывают в журнал и наносят на график'
из которого затем находят численные значения условно- мгновенно1
деформации 80, эластической деформации 82 и остаточной sj (деформаШ^
течения) с тем, чтобы определить основные физико-механические ко
станты: модуль упругости (сдвига) Е, условно-мгновенный модуль
эластичный модуль Е2 (Па), вязкость (Па -с), периоды релаксаШ
7’рсл и упругого последействия (расширения) Ту р [6, 191.
292
На рис. 161, б представлены экспериментальные кривые кинетики
-еформации е = ДО при т > хт — кривые консистентности (по М. Рей-
неру), или течения полнорационного корма в координатах «относи-
тельная деформация — время».
В реологии считают основной характеристикой структурно-меха-
нических свойств дисперсных систем зависимость скорости сдвига
или эффективной вязкости от напряжения, т. е. ё = Дт) или т]9ф =
₽ д(т), так как эффективная вязкость является итоговой характерис-
Рис. 161. Прибор для определе-
ния характеристик реологических
свойств сыпучих материалов (а) и
получение кривых кинетикие = /(/)
при различных давлениях (б):
а: 1 — передняя стенка; 2 — задняя
стенка; 3 — основание; 4 — образец;
5 — шарнир; 6 — тяга; 7 — штамп;
8 — серьга; 9 — пластина; б: 1 — р =
= 27,2 кПа; 2 — р — 35,4 кПа;
3 — р — 38,2 кПа
тикой, описывающей равно-
весное состояние между про-
цессами восстановления и
разрушения структуры в ус-
тановившемся потоке [22].
Экспериментальная кривая течения ё = Дт), или реограмма (рис. 162),
имеет S-образный характер и отсекает на оси абсцисс отрезок
О—1, в пределах которого воздействующие на тело напряжения вызы-
вают лишь упругие, или эластические, деформации, так как в этой
зоне они не превосходят по своей величине порог, называемый предель-
ным напряжением сдвига (предел текучести т0 = т^). Дальнейшее
развитие процесса деформации на кривой течения выявляет следующие
зоны: участок 1—2 — зона пластических деформаций типа ползучести,
при которой наблюдается наибольшая пластическая вязкость т]ст,
называемая шведовской, или структурной (внутренняя структура тела
еЩе не нарушена); участок 2—3 — начало зоны лавинного разрушения
293
структуры, следствием чего является уменьшение пластической вяз-
кости гр,,, отражающее зависимость ее от скорости ё деформации-
участок 3—4 — зона пластично-вязкого течения, при которой пласти-
ческая вязкость получает наименьшее значение и называется бинга-
мовской, или эффективной, вязкостью т]Эф- Она отражает равновесное
состояние между процессами разрушения и восстановления структуры
и в этих условиях практически остается постоянной. В общем случае
эффективная вязкость зависит от температуры и скорости деформаций.
Участок 4—5 — узкая переходная зона стабилизации структуры,
границы которой в эксперименте трудно различимы. После точки 5
начинается зона 5—6 ньютоновского течения с постоянной вязкостью Ц
предельно разрушенной структуры, не зависящей от скорости дефор-
маций [22]. Вязкость ньютоновских жидкостей зависит только от тем-
пературы.
Связь между пластической и эффективной вязкостью определится
из соотношения т = тт ф- цплё.
294
Учитывая, что т = 1]эфё, получим
Пэф = Пид + СБ/ё), (232)
где тт — предел текучести, примерно равный предельному напряже-
нию сдвига, Па (гт ~ т0).
рассматриваемая реограмма построена по опытным данным для
полнорациопного корма, полученным нами на сдвиговом приборе
(рис. 161, а). ПоМ. Рейнеру, такие кривые называются также кривыми
консистентное™. Из графика видно, что при прессовании растительные
материалы ведут себя, как типичные вязко-пластичные тела (Бингама)
с постоянной эффективной вязкостью. По результатам этих опытов
полпорационный корм имеет вязкость т]эф — 4—8 Па -с.
Построение кривой копсистентпости позволяет определить природу
материала. Если кривая ё = /(т) не проходит через начало координат,
то материал является твердым телом, которое имеет предельное напря-
жение сдвига. Если кривая проходит через начало координат,материал
может быть ньютоновской жидкостью или твердым телом, у которого
проявляется так называемый «пристенный эффект». М. Рейнер пишет:
«При течении дисперсной системы дисперсионная среда может образо-
вать смазывающий слой между жидкостью и твердой стенкой» [221.
Такой пристенный слой образуется и в ходе прессования капиллярно-
пористых коллоидных тел под действием высоких внутренних напря-
жений. Часть свободной влаги из капилляров вытесняется к стенке
камеры прессования, образуя на ней смазывающий слой. Об этом сви-
детельствует факт уменьшения коэффициентов внешнего трения при
высоких давлениях.
6.3. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРЕССОВАНИЯ КОРМОВ
6.3.1. Основное уравнение прессования. Исследованию процесса
прессования сено-соломистых материалов, главным образом соломы,
посвящены работы акад. В. П. Горячкина, И. И. Вольфа, А. А. Чапке-
вича, Е. М. Гутьяра, М. Н. Летошпева, М. А. Пустыгипа и других уче-
ных; в них раскрывается зависимость между давлением прессования
и перемещением поршня, отражающим величину и характер возникаю-
щих деформаций. Однако основным показателем, характеризующим
любой процесс уплотнения, является конечная плотность получаемых
монолитов, которая повышается по мере увеличения приложенного
Давления. Поэтому позднее исследователи С. А. Алферов, И. А. Долгов,
В- И. Особов, Е. И. Храпач и другие свои усилия сосредоточили на
изучении зависимости между давлением прессования и плотностью
получаемых монолитов (тюки, брикеты, гранулы). В этом же направле-
нии работали зарубежные ученые X. Скальвейт, Э. Мевес, Дж. Л. Бат-
лер, X. Ф. Мак-Колл и и др. В результате было предложено большое
число эмпирических выражений, связывающих давление прессования
с физико-механическими свойствами материала и плотностью получае-
мых монолитов.
295
В. И. Особое [19] рассматривает формулы семнадцати авторов
представляющие в большинстве своем степенные и показательные
функции, и приходит к заключению, что среди авторов еще нет единого
мнения о закономерностях процесса прессования сено-соломистых
материалов.
Следуя И. А. Долгову и В. И. Особову, рассмотрим те предпосылки
которые приняты при обосновании зависимости давления прессования
р от плотности р.
1. Начальная плотность материала одинакова во всем объеме ка-
меры прессования.
2. Плотность материала в процессе сжатия возрастает непрерывно.
3. Усилия при статическом сжатии не зависят от скорости дефор.
мации.
4. Нормальные напряжения в любом поперечном сечении камеры
распределены равномерно.
Эти предпосылки дают основание считать, что производная давле-
ния по плотности является непрерывной функцией приложенного
давления
dp/dp = f(p). (233)
Проведенные исследования процесса прессования показывают, что
функцию f(p) можно считать линейной, т. е.
d p/dp = ар 4* b. (234)
Разделяя переменные и интегрируя правую и левую части уравне-
ния (234) в пределах от р0 до р и от 0 до р, получим
р = С[еа<Р-Р«>-1], (235)
где С — постоянный параметр (с — Ь/а).
При р — С (е — 1) р= р0 4-(1/а). Величина 1/а представляет
собой приращение начальной плотности материала при давлении,
равном С (е — 1).
Полученное уравнение (235) назовем основным уравнением, или
законом, прессования зернистых и волокнистых капиллярно-пористых
коллоидных материалов, определяющим однозначную зависимость
нормального давления прессования от плотности получаемого моно-
лита. Параметры а и С зависят от структурно-механических свойств
материала (прочность, влажность, крупность частиц) и определяют
собой сопротивляемость материала сжатию. Экспериментальные зна-
чения их приведены в табл. 27.
Существующие реологические зависимости указывают на то, что
для описания поведения упруго-вязкопластичных тел нельзя ограни-
читься только одной из них, так как многообразие структурно-механи-
ческих свойств делает процесс деформирования весьма сложным. Поэ-
тому наряду с зависимостью р = /(р), представленной уравнением
(235), основной закон прессования может быть выражен аналогичной
зависимостью между приложенным давлением и деформацией, т. е.
Р = /1(в).
296
Для получения такой зависимости рассмотрим процесс уплотнения
материала (рис. 163) в закрытой камере длиной L и площадью S попе-
речного сечения, полагая, что перед сжатием вся камера 1 заполнена
материалом 4 с начальной плотностью р0. Тогда р0 = М/(Л5), где
— масса порций.
Таблица 27. Значения параметров а и С для сено-
соломистых материалов (по данным В. И. Особова)
Материал Влаж- ность, % а, (м3/кг) 10*® С, МПа
Люцерна 16 4,61 ' 0,33
Клевер 16 4,95 0,34
Ковыльно-типчаковое се- но 16 5,35 0,44
Тимофеевка 9,4 5,10 0,50
Сенная мука 14,7 5,20 0,36
Солома 10,3 5,10 0,59
По мере продвижения поршня 3 в направлении продольной оси
камеры материал сжимается (деформируется), плотность его увеличи-
вается и при перемещении на величину Н (абсолютная деформация
материала) составляет р = M/[(L — H)S].
Тогда разность между конечной и начальной плотностью будет
равна
Р — Ро = М s — £S] = fs = р0
Подставив выражение (236) в основное уравнение (235) прессова-
ния, получим зависимость давления от абсолютной деформации мате-
риала, т. е. от перемещения Н рабочего органа
р = С {[exp ap0Hl(L — //)] — 1}.
Если учесть, что H/L = е есть относительная линейная деформация
сжатия, то найдем, что выражение в показателе экспоненты НЦЬ —
— Н) = е/(1 — е).
При этом основное уравнение прессования запишется в виде
р = С {[exp арое/( 1 - е)] - 1}. (237)
Из выражения (237) видно, что чем больше начальная плотность р0,
тем большее давление необходимо приложить к материалу для полу-
чения деформации того же значения.
6.3.2. Процесс образования монолита в закрытой камере с непо-
движным упором. График, показывающий изменение давления с пере-
мещением штемпеля (поршня), называется индикаторной диаграммой
прессования (рис. 163).
Для начала рассмотрим наиболее простой случай прессования
материала в закрытой камере 1, когда противодавление создается ее
дном 2, т. е. неподвижным упором.
297
1 2
А
Ртах
HL
Рис. 163. Схема процесса
и индикаторная диаграм-
ма прессования в закры-
неподвиж-
В ранних конструкциях сенных прессов в качестве форми-
рующего устройства служила закрытая камера прямоугольного се-
чения.
Камера 1 заполняется материалом с начальной плотностью р0
(кг/м3). После уплотнения (до плотности р) тот же материал занимает
в камере объем, определяемый высотой Нх (м). За время рабочего хода
усилие па штоке штемпеля возрастает от пуля до максимального зна-
чения. Этому усилию соответствует осевое давление р = Р/S (Па),
которое изменяется по зависимости (235) или (237) и соответствует
кривой ОА индикаторной диаграммы прессования.
Закончив сжатие порции, штемпель из
точки С возвращается в первоначальное поло-
жение (холостой ход). Однако контакт между
ним и сжатым материалом прекращается не
мгновенно, а с некоторым запаздыванием, так
как в этот период восстановления материал,
' обладающий упругими свойствами, расши-
ряется, и на обратном пути Н{ — Нг воздей-
ствует па штемпель с некоторым давлением
/’у.р упругого расширения. В силу этого дав-
ление от ртях уменьшается до нуля в точке В
не по вертикали, а по некоторой кривой АВ,
которую можно принять за прямую.
Площадь ОАСО диаграммы прессования
пропорциональна энергии, израсходованной
на сжатие материала. Эта энергия расходуется
на преодоление вязкого трения между ча-
стицами при их уплотнении и относительном
перемещении, на преодоление внешнего тре-
матрицы, а также на упругие и пластические
При перемещении штемпеля
гой камере с
ным упором
о стенки
прессуемого материала.
ния частиц
деформации
в обратном направлении на участке СВ накопленная в материале
энергия упругих деформаций частично восстанавливается при упру-
гом расширении монолита, и площадь ВАС пропорциональна этой
энергии. Когда штемпель находится в точке С, материал в камере
занимает объем V = Нг8 против первоначального объема Уо = LS.
При сохранении массы М порции имеем М = роК> = pV.
Из этого следует, что при прессовании в закрытой камере конечная
плотность монолита зависит от массы порции, заложенной в камеру,
т. е. от величины подачи материала в пресс. При нарушении равномер-
ности подачи в сторону уменьшения от установленной нормы брикеты
будут получаться малопрочными, что является одним из основных
недостатков таких прессов. Вторым большим недостатком является
трудность извлечения из камеры готовых брикетов. Прессы с закрытой
камерой в настоящее время в кормопрпготовлении по применяются.
Для отыскания возможностей получения прочных монолитов с не-
обходимой плотностью требуется изучить закономерности распределе-
ния давлений вдоль канала прессования (рис. 164).
298
Рис. 1G4. Распределение осевых и боко-
вых давлений вдоль канала прессования
С этой целью рассмотрим напряженное состояние порции, сжатой
в закрытой камере до максимального нормального давления /?П1ах,
согласно зависимости (235).
Ранее уже упоминалось, что при уплотнении материала рабочий
орган преодолевает не только сопротивление сжатию, но и трение
частиц о стенки канала, обусловленное наличием бокового давления.
Поэтому осевое давление по длине канала не остается постоянным,
а уменьшается вдоль оси канала прессования. Чтобы уяснить, как
изменяется осевое давление в канале, выделим в полученном монолите
элементарный слой материала толщиной dx, удаленный от штемпеля на
расстояние х. На выделенный элемент действуют осевые давления:
слева рх и справа рх ф- dpx. Кроме того, в поперечном сечении по пери-
метру элемента действует боковое давление qx и обусловленная им
сила трения F. Эта сила на-
правлена вдоль канала и равна
F = fqxFIKdx, (238)
где / — коэффициент трения
материала о стенки
канала;
Пк— периметр канала, м.
Следуя В. И. Особову, напи-
шем уравнение равновесия слоя
в проекции на ось канала
pxS — (рх dpx) S — fqxnK dx •= О
или dpx — — fqx(njS)dx. (239)
Проанализируем правую
часть полученного уравнения.
Знак минус показывает, что дав-
ление в направлении сжатия
уменьшается. Выражение, fFIJS — величина постоянная. Боковое
давление qx в процессе сжатия изменяется; следовательно, необхо-
димо выяснить его функциональную зависимость от х или рх.
Предварительно заметим, что для выталкивания готового монолита
из канала приходится прикладывать усилие, так как он удерживается
в канале силой трения Fo, возникающей под влиянием упругого рас-
ширения монолита. Следовательно, боковое давление qx состоит из
двух слагаемых: первое — боковое давление, возникающее под
действием осевого давления и пропорциональное рх (q6 = £рх, где
С — коэффициент бокового распора); второе qo5 — остаточное боковое
Давление, обусловленное остаточными деформациями. Эта часть боко-
вого давления от осевого давления не зависит.
Таким образом, полное боковое давление при сжатии материала
равно
Ях — Zpx + Яо. б»
(240)
299
где g — коэффициент бокового распора [£ = р/(1 — р) = const-
no И. А. Долгову, для стебельных кормов £ = 0,4—0,45]’
ц — коэффициент Пуассона (ц = 0,29—0,31),
Перепишем уравнение (239) в виде
<Ы&х + <7о. б) = — f (njS) dx. (241)
Интегрируя левую часть в пределах от р до рх, а правую — от О
до х и решая уравнение относительно рх, получим закономерность
изменения осевого давления по длине канала
Рх = [р + (<7о. б/С)] ехр [— /С (Пк/8) х] - (g0. 6/£). (242)
Здесь р зависит от положения штемпеля и определяется по уравне-
нию (235).
Закономерность изменения бокового давления qx по длине канала
имеет вид
Ях = + Я». б) exp [— ft, (nK/S) х]. (243)
Для определения давления pY на упоре подставим в уравнение (242)
вместо х величину L — Н, равную расстоянию между штемпелем и
упором
Pi = [Р + (<7о. б/С)] exp [— (Пк/5) (L - //)] - (<?0. б/£). (244)
Из этого уравнения следует, что с увеличением высоты L — Н
сжимаемой порции давление pL на упоре уменьшается, а значит, и
плотность однократно обжатого монолита по длине его уменьшается
по направлению к упору. Чем меньше высота порции, тем легче полу-
чить прочный монолит с равномерно распределенной по его длине
плотностью.
На рис. 164 представлена полная индикаторная диаграмма одно-
кратного прессования с получением монолита из одной порции. На
диаграмме показаны не только изменения внешнего давления от 0
до Ртах, но и распределение по длине канала внутренних давлений —
осевого рх и бокового qx.
6.3.3. Процесс образования монолита в открытой камере с подвиж-
ным упором. В современных штемпельных и поршневых (см. рис. 153)
прессах уплотнение производится в открытых камерах с подвижным
упором, каковым является ранее сформированный монолит (брикет)
в канале прессования. Для осуществления такого способа требуется
производить многоцикличное прессование, т. е. формировать один
монолит из нескольких порций.
Схема процесса прессования с подвижным упором изображена на
рис. 165. Матрица 1 длиной L на участке L — Н заполнена формирую-
щимся монолитом 2, состоящим из ряда порций 3, каждая из которых
образуется за один цикл прессования. Таким образом, камера прессо-
вания состоит из двух частей: первой (участок Н), где происходит
первичный цикл сжатия сыпучего материала 4, и второй (участок
L — Н), где происходит проталкивание ранее уплотненных порции
п одновременно продолжается многоцикличное обжатие с тренировкой
300
рабочего органа с материалом
р,
Ртах
Р'
н2
______А
-у—1—^П
'1—kalcn
О
J.
с
«. г
в' с'г
С’
3’
2’________________/ о
р-»- р
н
п
L
онолита Циклами «нагрузка — разгрузка — последействие». Для
краткости в дальнейшем будем называть первую часть камеры прессо-
апня камерой сжатия, а вторую — камерой проталкивания. Прессо-
вание очередной порции материала производится между торцами
штемпеля и формирующегося монолита (по линии 1'—/'). В конце
рабочего хода, когда плотность прессуемой порции достигнет заданного
значения, штемпель, приближаясь к крайнему правому положению
(мертвой точке), начнет проталкивать полученный монолит. Торец
монолита переместится из положения /'—/' в положение 2'—2'. После
этого штемпель начнет обратное движение, но вследствие упругого
расширения сжатой порции контакт
прекратится не мгновенно, а с неко-
торым запаздыванием. За время уп-
ругого осевого расширения торец мо-
нолита переместится в сторону обрат-
ного движения штемпеля на Д/i из
положения 2'—2' в положение 3'—3'\
после этого контакт прекратится.
Из анализа рассматриваемых яв-
лений следует, что в открытой ка-
мере с подвижным упором при прес-
совании происходят два процесса:
уплотнение с упрочением материала
и проталкивание монолита вдоль ка-
меры. На проталкивание затрачи-
вается дополнительная энергия, рас-
ходуемая на преодоление сопротивле-
ния внешнего трения монолита о стен-
ки камеры и повторное сжатие рас-
ширившейся части монолита.
В связи с этим важное значение имеет правильное решение вопроса
о выборе длины канала прессования. Чтобы получить монолиты задан-
ной плотности р (кг/м3), необходимо создать в канале давление по зави-
симости (235). Но для этого необходимо в камере проталкивания создать
противодавление, достаточное для удержания спрессованного монолита
в канале при достижении давления ртах в камере сжатия.
Противодавление в камере проталкивания создается силами трения
монолита о стенки канала. Суммарная сила трения Fтр равна
ЛР = МА/ = /стт5кап = /С1т/7 = fz&PynnKLlt (245)
где /ст — статический коэффициент трения;
N — нормальная реакция, Н;
т — касательное напряжение, возникающее от бокового давле-
ния qx в камере, Па (т = £/?уп, если руп — нормальное
давление на упоре);
— площадь боковой поверхности канала, м2;
/7К — периметр поперечного сечения канала, м;
— длина камеры проталкивания, м.
Рис. 165. Схема процесса и инди-
каторная диаграмма прессования в
открытой камере с подвижным
упором
^кан
301
Из формулы (245) видно, что при средних значениях Д.т и г, опре
деляемых физико-механическими свойствами контактирующих маге'
риалов, и постоянной площади поперечного сечения камеры суммарная
сила трения Frp зависит только от длины канала Lx камеры проталки-
вания. Таким образом, для получения монолита заданной плотности
должно быть выполнено условие
F>p Ртах^, (246)
где S — площадь поперечного сечения канала, м2.
С учетом выражений (245) и (246) длина канала камеры проталки-
вания должна быть
•^1 PmaxS/(fei^Pyll/7K). (247)
По нашим данным, для полнорационных кормов статический коэф-
фициент трення составляет = 0,2—0,25 при Т — 293 К и р = 21 МПа
и/ст = 0,08—0,1 при Т = 373 К ир = 21 МПа. Коэффициент бокового
распора £ = 0,4—0,5. Давление на упоре руп = (0,4—0,45) ртах.
При проталкивании по каналу в монолите в основном должна за-
вершиться релаксация напряжений, иначе из-за упругого последей-
ствия монолит по выходе из камеры будеТ*расширяться и окажется
недостаточно прочным. Если с учетом заданной производительности
среднюю скорость продвижения монолита но каналу обозначить через
иср, то из условий релаксации длина Ерел канала определится по фор-
муле
•^р ~ ^ср^ргл»
где /реЛ — необходимое время выдержки для релаксации, с.
Для нормальной работы пресса конструктивная длина канала
должна быть Lx £рсл.
По результатам исследований время выдержки в камере брикетов
из грубостебельных кормов должно быть не менее 23—25 с, а при
гранулировании травяной муки — не менее 12—17 с.
Решение вопроса о том, сколько порций целесообразно разместить
на длине Lx, определяется производительностью штемпельного пресса
и кинематическим режимом его работы. Наблюдения показывают,
что с увеличением частоты вращения кривошипа при постоянной
величине подачи материала качество монолита улучшается. Это значит,
ио чем меньше будут отдельные порции, тем прочнее брикет. Вместе
? тем с увеличением частоты циклов прессования при одной и той же
зроизводительности возрастает энергоемкость процесса за счет miiotoj
гратной повторной упругой деформации части монолита, отмеченной
га рис. 165 расстоянием между сечениями 2'—2' и 3'—3'.
Рассмотрим, какое отражение находит многократное обжатие моно-
лита в камере на индикаторной диаграмме прессования. Ранее мы при-
няли, что в канале с подвижным упором расположены две камеры —
сжатия и проталкивания.
В камере сжатия производится прессование каждой порции в от-
дельности, и индикаторная диаграмма для этой порции ничем не
302
тличается от таковой при уплотнении в камере с неподвижным упором
(см- рис. 164) До момента трогания полученного монолита с места.
В камере с подвижным упором на проталкивание только что спрес-
сованной порции из положения Г—Г в положение 2'—2’ расходуется
энергия, пропорциональная площади фигуры АА'С'С. Участок кри-
вой АА' показывает уменьшение осевого давления в направлении
проталкивания. Прн этом предыдущая порция в начальный момент
проталкивания монолита воспринимает через свой торец 2'—2' осевое
давление А'С от последней, формируемой в данный момент, порции.
Однако на проталкивание в канале предыдущей порции и всех ранее
запрессованных порций дополнительной энергии не требуется, так как
вместе с формируемой в данный момент порцией одновременно протал-
кивается и весь монолит. В силу этого при всех последующих циклах
прессования каждая порция в монолите будет испытывать только
импульс осевого давления рх, что на индикаторной диаграмме найдет
отражение в виде пик О^А±СЪ О.2А.,С2, ..., ОпА„Сп. По мере удаления
порции от штемпеля к выходу из канала высота пик Alt А2, ..., Ап
уменьшается, и огибающая кривая ААп может быть представлена
уравнением для давления ру„ на упоре, аналогичным уравнению (235).
Следует отметить, что после отхода штемпеля от монолита линии
осевых давлений не доходят до нуля, а снижаются лишь до некоторого
минимума pmin. Дело в том, что монолит в канале находится в усло-
виях всестороннего сжатия, так как в нем действуют остаточные
давления (напряжения) — боковые (касательные) qx (рис. 164) и осе-
вые (нормальные) р00. Под действием осевых упругих деформаций
монолит стремится удлиниться в оба конца, подобно сжатой пружине,
зафиксированный в середине. Этому удлинению противодействует
трение монолита о стенки канала, обусловленное действием остаточного
бокового давления q0 б. По выходе из канала монолит получает осевое
удлинение, величина которого зависит от завершенности релакса-
ционных процессов. В прочных брикетах из грубых кормов оно не
превышает 3—5%. Однако в некоторых условиях (в эксперименте)
оно достигало 30% и более, при этом монолит терял прочность и рас-
сыпался.
Для экспериментального исследования распределения осевого и бо-
кового давлений по длине канала при брикетировании полнорацион-
ных кормовых смесей в открытой камере с подвижным упором в ЛСХИ
на кафедре механизации животноводческих ферм создана специальная
лабораторная установка (рис. 166), позволяющая фиксировать на
ленте осциллографа весь процесс формирования монолита в канале.
Основу установки составляют массивная рама 1 и матрица 9 с каналом
квадратного сечения 30x30 мм и длиной 140 мм. Матрица установлена
на плите 17. На расстоянии 10 мм от верхнего торца матрицы в боковой
ее стенке просверлено отверстие, в которое вставлен заподлицо со
стенкой тщательно притертый измерительный штифт 10, упирающийся
наружным концом в тензометрическую балочку с наклеенными на нее
Датчиками сопротивления 25. Боковое давление в матрице передается
через штифт на балочку с датчиками 25 и фиксируется осциллографом
303
22 через усилитель 23. По длине канала установлено пять измеритель-
ных штифтов (через 30 мм). В крышке 6 корпуса 11 установлена втулка
7 с конусом в верхней части. Втулка служит направляющей для пуац.
сона 5 с шайбой 8 и приемной камерой для засыпки порции прессуемого
материала 20. Усилие прессования от штока 3 гидроцилиндра 2 через
шарик 4 передается пуансону 5, на который также наклеены тензодат-
чики 24 для замера осевого усилия. Гидросистема установки включает
насос 14, распределитель 16, бак 15. Гидронасос 14 марки НШ-46В
Рис. 166. Схема экспери-
ментальной установки для
исследования процесса
брикетирования кормов
приводится в работу электродвигателем 12 мощностью 10 кВт через
коробку перемены передач 13.
Для замера осевого давления и изменения его по длине канала
в канал сверху закладывалась пустотелая месдоза, на внутренней
стенке которой наклеены тензодатчики 26. Для вывода проводов от
месдозы в предварительно запрессованном монолите по оси канала
просверливается отверстие 0 4 мм, в которое вставляется трубочка
из пластмассы. В процессе последующего прессования месдоза пере-
мещается вдоль по каналу вместе с формируемым монолитом.
Для приближения лабораторного эксперимента к производственным
условиям работы брикетировщика матрица нагревается спиралью 18.
Температура в зоне сжатия материала замеряется с помощью микро-
термистора 19. Деформации сжатия материала замеряются с помощью
датчика 21 перемещений, укрепленного на пуансоне.
304
jja рис. 167 представлена экспериментальная индикаторная ди-
аграмма многократного прессования полнорационного корма в откры-
той камере с подвижным упором. Опыты проводились Н. В. Хилковым
под руководством автора на приведенной выше лабораторной уста-
новке. На диаграмме пунктиром показано положение месдозы в начале
прессования. На оси абсцисс влево отложены нормальные давления
а (МПа), а вправо — боковые т (МПа). По длине L канала в 140 мм
уместилось 14 порций разного объема.
Максимальное осевое давление под пуансоном ртах = 35 МПа,
минимальное в конце канала — рт|П = 2,5 МПа.
Наибольшее остаточное осевое давление р0. отах = 3,5 МПа, т. е.
около 10% от ртах, и расположено в точке, удаленной от начала
канала на 50—60 мм, или на 35—45% его длины.
Максимальное боковое давление непосредственно под пуансоном
<7хтах = 15 МПа. Следовательно, коэффициент бокового распора в
Данном эксперименте будет £ = 0,43.
Наибольшее остаточное боковое давление q0 бгпах = 2 МПа, что
составляет 30% от полного бокового давления qx для данной ординаты
по длине канала, а не равно ему, как представляют некоторые иссле-
дователи. Из этого следует, что при повторных многократных циклах
прессования все порции, заключенные в монолите (по всей длине ка-
нала), испытывают повторно-мгновенные упругие деформации.
305
Заметим, что многократные циклы нагружений при прессовании
в открытой камере снижают общую сопротивляемость материала бри.
котированию вследствие проявления усталостных явлений. При этом
период упругого последействия и время полной релаксации напряже-
ний сокращаются по сравнению с прессованием в закрытой камере
при однократном обжатии.
6.3.4. Процесс образования монолита в открытом канале кольце,
вой (или плоской) матрицы. Рассмотренные выше штемпельные прессы
с возвратно-поступательным движением рабочих органов относятся
к машинам периодического действия, поэтому они имеют ограниченную
производительность. В настоящее время для брикетирования и грану-
лирования кормов применяют главным образом вальцовые прессы
Рис. 168. Схема образования монолита в открытом канале с подвижным упором коль-
цевой (а) и плоской (б) матрицы
непрерывного действия с кольцевой (реже с плоской) матрицей, рабо-
чие органы которых осуществляют вращательное движение. В связи
с этим рабочий процесс вальцового пресса имеет свои существенные
особенности.
Рассмотрим схему образования монолита в открытом канале коль-
цевой матрицы (рис. 168, а). Кольцевая матрица 1 с радиально располо-
женными каналами 2 вращается по часовой стрелке. С внутренней
поверхностью матрицы по образующей соприкасается прессующий
валец 3, вращающийся в том же направлении. В зону 4 захвата между
сближающимися внутренней поверхностью матрицы и наружной
поверхностью вальца подается материал, который сначала уплотняется,
а затем запрессовывается в каналы 2 матрицы и проталкивается через
них. Выходящие из каналов монолиты 7 при встрече с неподвижным
ножом 8 обламываются, образуя готовые брикеты или гранулы.
В брикетировочных прессах большой производительности матрицы
имеют значительные размеры, и их делают неподвижными. Активными
рабочими органами становятся вальцы, приводимые в движение от
306
электродвигателя через водило. Нож также вращается с наружной
стороны матрицы.
Каналы имеют круглое или квадратное сечение с размерами: для
гранул — диаметры от 2 до 20 мм; для брикетов — 0 20—40 мм или
квадраты со стороной от 20 до 50 мм.
Из схемы вальцового пресса с кольцевой подвижной матрицей
видно, что в отличие от штемпельного пресса здесь камера сжатия
вынесена за пределы канала прессования и расположена в зоне захвата.
Упором для сжимаемого материала служат ранее спрессованные моно-
литы, расположенные в каналах, и площадки на внутренней поверх-
ности матрицы, образованные перемычками между каналами. Про-
странство внутри каждого канала представляет собой камеру протал-
кивания.
Представим, что по неподвижной матрице 1 (рис. 168, б) скользит
«скрепер» 5 и толкает перед собой порцию материала 4', распределен-
ного по поверхности матрицы тонким слоем. При подходе к отверстию
матрицы скрепер останавливается, и в работу включается нагнетатель 6,
который сначала сжимает подготовленную порцию, а затем вдавливает
ее в канал 2 и проталкивает имеющийся в нем монолит 7.
Процесс, условно разделенный в схеме на элементы чередующихся
поступательного и вращательного движений «скрепера» 5 и нагнетателя
6, в прессе протекает аналогично. В самом деле, образующая А вальца
3 (рис. 168, а) перемещается поступательно, а дуга AF, разворачиваясь
на внутренней поверхности матрицы, осуществляет вращение. При
этом материал сжимается, расплющивается и, наконец, сталкивается
с площадки в канал; точнее — материал выжимается из щели AFA',
в результате впереди образующей F формируется валик (зона более
высокого давления), из которого материал течет и направляется в ка-
налы (менее напряженную зону). Деформация с разрушением частиц
и сталкивание их с площадок сопровождается интенсивным трением
и повышением температуры, что способствует вязкопластическому
течению материала.
Таким образом, в вальцовом прессе с кольцевой (или плоской)
матрицей стадии сжатия материала предшествует стадия сталкивания
его с площадок перемычек, суммарная площадь которых у брикетиров-
щиков составляет 25—50%, а у грануляторов достигает 50—60% от
всей площади рабочей поверхности матрицы. Эта стадия играет важ-
ную роль в технологическом (измельчение) и энергетическом отно-
шениях.
В кольцевой матрице «пуансоном» становится столбик abed из
прессуемого материала, расположенный над каналом. Когда усилие
со стороны этого столбика превзойдет противодавление монолита
в канале, последний сдвинется с места; начнется стадия проталкивания,
и столбик abed из камеры сжатия переместится в канал. При этом с
уменьшением противодавления (трение покоя сменилось трением
Движения) напряженность в камере сжатия также уменьшается, и ма-
териал из щели от образующей F свободно «перетекает» в канал прес-
сования. Вдавливание материала в канал и проталкивание по каналу
307
продолжается До тех пор, пока зазор между вальцом и матрицей над
данным каналом не достигнет минимально допустимой величины. ДЛл
брикетировщиков зазор принимают равным 2,0—2,5 мм, а для грану,
ляторов — 0,3—0,5 мм. Большой зазор нежелателен, так как это
ведет к бесполезным затратам энергии на повторные сжатия слоя
расположенного на внутренней поверхности матрицы, при последую-
щих циклах прессования.
На рис. 169 представлена экспериментальная эпюра изменения
давления прессования, полученная В. Ф. Некрашевичем и М. В. По-
рилой под руководством автора этой книги. Прессуемый материал 2
(травяная мука), поданный внутрь матрицы 3, захватывается валыюм
1 в точке А, удаленной от вертикали по дуге FA окружности на угол 02
захвата, и затем сжимается между сближающимися рабочими поверх-
ностями вальца и матрицы.
Рис. 169. Эпюра нормаль-
ных давлений в камере
сжатия вальцового пресса
с кольцевой матрицей:
1 — валец; 2 — прессуемый
материал; 3 ~ матрица; 4 —
столбики спрессованного
материала
В зоне захвата, начиная от точки А, в материале возникают напря-
жения сжатия, в результате происходит сближение частиц, вытесне-
ние из системы дисперсной фазы — воздуха и увеличение площади
контактов частиц. На участке дуги ВС давление прессования начинает
возрастать более интенсивно, материал теряет сыпучесть, формируется
монолит, плотность которого приближается к плотности вещества.
На участке дуги CD давление возрастает очень резко, так как
происходит прессование уже твердого монолита, сопровождающееся
упругими и пластическими деформациями. В точке D нормальное дав-
ление достигает максимума, при котором преодолевается противодав-
ление монолита в канале и начинается вдавливание уже спрессованной
порции в канал с одновременным проталкиванием монолита через
него. В то же время материал, находящийся на площадках перемычек,
сталкивается с них («течет») в каналы прессования.
По дуге DE давление резко падает вследствие начавшегося движе-
ния монолита и затем стабилизируется на некотором уровне. По дуге
EF на эпюре отмечается площадка постоянного давления (или неболь-
шой подъем), отражающая процесс проталкивания монолита через
канал и сталкивания частиц с перемычек. Точка F расположена на
линии центров ОО± вальца и матрицы. Когда эта линия при вращении
308
атрицы совпадает с осью радиального канала прессования, зазор
\еЖДУ рабочими поверхностями — минимальный. Участок дуги FG
Сражает процесс упругого расширения слоя частиц, прошедшего
° зазор между вальцом и матрицей. В точке G контакт вальца с мате-
риалом прекращается.
н По результатам тензометрических измерений установлено, что
максимальное давление прессования в точке D достигает 30—40 МПа
в зависимости от заданной плотности монолитов и конструктивных
размеров вальцов и матрицы. Равнодействующая давлений сжатия
и проталкивания отклонена от линии центров вальца и матрицы на
угол Ю—15°. Этот угол определяет положение точки D.
Индикаторная диаграмма прессования для кольцевых матриц будет
иметь вид, аналогичный рассмотренной диаграмме на рис. 167, с той
лишь разницей, что количество импульсов на единицу длины канала
будет больше. Так, для пресса-брикетировщика ОПК-2 при длине
канала Lr = 280 мм и скорости перемещения монолита по каналу
р = 8—12 мм/с продолжительность пребывания материала в канале
составляет в среднем 30 с. При частоте вращения водила пв — 5 с-1
частота импульсов составляет Юс-1, т. е. монолит за время перемеще-
ния по каналу получит 300 воздействий. При длине брикета 50 мм
каждый брикет состоит примерно из 60 порций. Следовательно, сред-
няя высота спрессованной порции в брикете составляет 0,8—1 мм.
На индикаторной диаграмме прессования импульсы давлений рас-
положены на таком же расстоянии.
Важной характеристикой процесса прессования является его ин-
тенсивность, под которой понимается скорость нарастания давления
прессования в канале. Так, для пресса-брикетировщика ОПК-2 эта
величина составляет от 300 до 400 МПа/с, что свидетельствует о высо-
кой динамичности принятого режима работы пресса.
6.4. РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС ГРАНУЛЯТОРОВ
И БРИКЕТИРОВЩИКОВ КОРМОВ
6.4.1. Технологические операции в процессе уплотнения кормов
прессованием. Технологический процесс уплотнения кормов сухим
способом состоит из трех основных последовательно осуществляемых
операций: кондиционирования сырья, прессования подготовленных
материалов и охлаждения готовых монолитов.
Кондиционирование исходных сыпучих материалов производится
с целью направленного изменения их структурно-механических свойств
(плотность, вязкость и др.) и физического состояния (влажность,
температура) путем воздействия на частицы водой и теплом, а также
введения связующих веществ (меласса, жиры и др.), повышающих
прочность гранул или брикетов. При этом кондиционирование как
обязательную операцию, связанную с уплотнением, не следует отож-
дествлять с операцией смешивания, которая нередко проводится перед
Уплотнением с целью обогащения рациона питательными веществами.
309
u
Прессование, будучи основной операцией в процессе, производит
с пелыо получения из рассыпных материалов монолитов необходим0»
плотности и прочности путем формирования их в закрытой или откик'1
той камере (канале) прессования под воздействием приложенной'
усилия.
Охлаждение готовых монолитов после выхода из пресса произво
дится для того, чтобы привести их в тепловое равновесие с окружаю.'
щей средой и снять внутренние остаточные напряжения. При этом
влажность несколько понижается (на 1,5—3%) и становится равновес-
ной, что обеспечивает прочность.
6.4.2. Кондиционирование кормов. Кондиционирование включает
операции: дозирование (подачу) сухой смеси кормов, воды, пара или
связующих веществ и смешивание их между собой с целью равномер-
ного распределения влаги, тепла и связующих в массе корма.
Научные исследования по вопросам кондиционирования кормов
выполнены на кафедре механизации животноводческих ферм (Д. И. Ни-
колаев, Ю. П. Гуров) и в проблемной лаборатории по гранули-
рованию кормов Рязанского СХИ под руководством В. Ф. Некра-
шевича.
Известны следующие способы кондиционирования кормов (рис. 170):
водой! (холодной или горячей), сухим паром, введением связующих
веществ и комбинированным способом с электронагревом. В зависи-
мости от принятого способа конструктивные схемы кондиционеров
будут различными. Основное технологическое требование, предъяв-
ляемое к системе кондиционирования, — способствовать возникнове-
нию или усилить действие сил сцепления между частицами материала.
Частица, попавшая в кондиционер-смеситель, за минимальный проме-
жуток времени должна быть покрыта снаружи молекулами воды или
связующих веществ. Проникновение воды внутрь частиц (адсорбция)
нежелательно, так как при набухании их труднее прессовать.
Для кондиционирования водой или паром применяют быстроходные
лопастные смесители, схемы которых представлены на рис. 171. При
вводе связующих (мел сса, жиры и др.) конструкция смесителей не-
сколько усложняется.
Горизонтальный лопастной кондиционер-смеситель (рис. 171, а)
с увлажнением корма холодной или горячей водой, применяемый на
грануляторе ОГМ-0,8, не обеспечивает равномерное распределение
влаги в массе корма; в результате процесс прессования требует повы-
шенного расхода энергии.
На второй схеме (рис. 171,6) показан кондиционер-смеситель с
увлажнением и прогревом корма паром, который подводится через
коллектор, расположенный сбоку. Такой смеситель установлен на
грануляторе ОГМ-1,5. На третьей схеме (рис. 171, с) пар исполь-
зуется не только для увлажнения и непосредственного прогрева корма,
но и для нагрева корпуса смесителя.
На рис. 171, г кондиционирование увлажнением и прогревом пар°м
дополнено коллектором с тремя форсунками для ввода подогретой
мелассы. Такой кондиционер установлен на прессе марки Д-63 (1ДН
310
1 прессе ДПБ, который производится отечественной промышленностью
" применяется на комбикормовых заводах.
Рис. 170. Классификация способов кондиционирования кормов перед гранулиро-
ванием или брикетированием (по М. В. Орешкиной, В. Ф. Некрашевичу)
Горизонтальный лопастной кондиционер-смеситель, представлен-
ный на рис. 171, д, предусматривает два варианта кондиционирования:
увлажнением теплой водой и введением мелассы или увлажнением
с прогревом корма паром и введением мелассы. Меласса вводится через
форсунку, установленную в верхней части смесителя, и разбрызги-
вается паром, подаваемым в ту же форсунку.
На шестой схеме (рис. 171, е) показан вертикальный кондиционер-
смеситель, называемый «котлом-смесителем» (гранулятор марки «Ор-
бит» английской фирмы «Ричард сайзер»). Здесь пар используется для
увлажнения и прогрева корма и для нагрева корпуса смесителя.
Следует отметить, что такая конструкция сложна и требует надлежа-
щего контроля за герметизацией паровой рубашки.
Сравнительный анализ приведенных схем показывает, что в настоя-
щее время основным способом кондиционирования кормов перед прес-
сованием является увлажнение водой или паром с последующим нагре-
вом их и тщательным перемешиванием.
Применение пара позволяет повысить производительность прессов
и получать монолиты более прочными. Однако для производства сухого
ПаРа давлением до 0,5 МПа требуется иметь специализированную ко-
311
тельную и штат дипломированных кочегаров. В силу этого пар дЛя к
диционирования применяется лишь на предприятиях комбикорМо5Н'
промышленности и крупных кормобрикетных заводах промышлённк *’
комплексов. Ых
3
о->-Корм >-+-Вода —* Пар >» Меласса
—> Готовая кормовая смесь
Рис. 171. Конструктивно-технологические схемы кондиционеров-смесителей кормов
В большинстве хозяйств и на фермах с ограниченным объемом
производства уплотненных кормов кондиционирование ведут водой.
Следует заметить, что качественный эффект кондиционирования
водой в значительной мере зависит от способа и места ввода жидкости
в поток материала. Исследованиями Ю. П. Гурова установлено, что
воду или раствор сантохина (при гранулировании травяной муки)
необходимо вводить в тонко дисперсированном состоянии и под давле-
312
пнем порядка 300—600 кПа, создаваемым центробежными форсунками
низкого давления с выходным отверстием 0 1—1,2 мм.
6.4.3. Процесс уплотнения кормов и роль технологических факто-
ров. Классификация способов уплотнения кормов прессованием,
рассмотренная ранее (табл. 25), указывает на общность физических
основ технологических процессов гранулирования и брикетиро-
вания.
К сожалению, еще нет строгих обоснований терминов — гранула
п брикеты. В разных странах их называют по-разному (pellet, cuber,
granula), желая подчеркнуть их специфические особенности в отно-
шении назначения, размеров и технологии получения.
Кормовыми гранулами называют изделия, полученные из рас-
сыпных или тестообразных материалов путем прессования до плот-
ности 900—1300 кг/м3 и имеющие небольшие размеры (0 от 5 до
14 мм при длине, равной 1,5—2 диаметрам). Насыпная плотность
гранулированных кормов составляет 650—700 кг/м3 при влажности
не более 13%.
Гранулы из полнорационных кормовых смесей предназначены для
непосредственного скармливания животным или птице. Гранулирова-
ние травяной или хвойной'муки производится с целью сокращения
потерь каротина при длительном хранении, уменьшения потребной
вместимости складских помещений и улучшения условий транспорти-
ровки. Гранулы из травяной или хвойной муки выгодней делать боль-
ших размеров (10—14 мм), так как расход энергии на гранулирова-
ние 1 т муки будет меньше. В дальнейшем эти гранулы при приготов-
лении кормовых смесей на комбикормовых заводах или в кормоцехах
подвергают измельчению в крупку.
Кормовыми брикетами называют изделия, полученные из полпо-
рационных кормовых смесей или сухой сечки стебельных кормов путем
их прессования до плотности 600—900 кг/м3.
Брикеты предназначены для непосредственного скармливания их
жвачным животным без дополнительного измельчения. Типовые
составы рационов брикетируемых кормов разрабатываются научно-
исследовательскими институтами (ВИК, ВИЖ и др.) и включают сухую
сечку из трав, измельченную солому, концентраты, белковые добавки,
микроэлементы, минеральные и другие добавки. В частном случае
брикеты могут быть приготовлены путем высокотемпературной сушки
свежескошенных и измельченных растений кукурузы, убранной вместе
с початками в фазе молочной спелости, без дополнительных добавок
(монокорм).
Кормовые брикеты делают квадратного сечения 35 X 35 мм или
50 х 50 мм, длиной от 25 до 70 мм. Насыпная плотность брикетов
300—400 кг/м3 при влажности не более 15%.
Рассмотрим, как влияют отдельные факторы на протекание дефор-
мационных процессов при уплотнении кормов и качество получаемых
монолитов.
Крупность частиц исходных материалов.
Из молекулярной теории уплотнения вытекает, что наиболее плотная
313
Рис. 172. Прибор для определения
прочности брикетов:
/ — коробка с сетчатыми стенками;
2 — привод; 3 — стол с поддоном для
сбора крошки
упаковка частиц достигается при более тонком измельчении корм»
Оно ведет к увеличению суммарной поверхности частиц и площал'
контактов, через которую проявляется действие сил сцепления Д
Прочность монолитов. В механическом отношенип
качество монолитов оценивается их прочностью.
Следует отметить, что получение статистически достоверных харак-
теристик механической прочности кормовых монолитов связано с необ-
ходимостью проведения сложных и многочисленных испытаний
поэтому ГОСТ 18691—73 на травяную муку ограничивается характе-
ристикой (прочности), основанной на технологических пробах.
Прочность гранул травяной муки определяют на приборе, пред-
ставляющем собой коробку в виде параллелепипеда размерами 300 х
X 300 х 125 мм. По диагонали од-
ной из больших стенок укреплена
пластина (225 X 50 мм) в качестве
стабилизатора. В коробку загружает-
ся навеска чистых гранул массой
0,5 кг и вращается в течение 10 мин
с частотой вращения 50 мин-1. После
этого масса просеивается через сито
с отверстиями 0 0,8 диаметра гра-
нулы; полученный остаток взвеши-
вается. Показатель прочности Пр (%)
определяется по формуле
Пр = (Мпр/Мгр)Ю0, (248)
где Мпр — масса гранул после про-
сеивания, кг;
Д4,.р — масса гранул до испыта-
ния, кг.
За окончательный результат ис-
пытаний принимается среднее ариф-
метическое из трех повторпостен.
В соответствии с требованиями стандарта прочность гранул должна
быть в пределах 80—95%.
Технологическая характеристика крошимости Кр определяется
по разности Кр = ЮО — Пр и представляет собой относительное
содержание массы разрушенных гранул в процентах.
Для определения прочности брикетов объем параллелепипеда по
ГОСТу 18691—73 оказывается недостаточным, поэтому применяют ана-
логичный прибор (рис. 172), представляющий собой параллелепипед
размерами 300 X 300 X 450 мм, изготовленный из уголка 25 X 25 мм
и обтянутый сеткой с ячейками 12,5 X 12,5 мм. Порция из 10 брикетов
примерно одинаковой массы (допускаются отклонения ± 10% от сред-
ней массы) загружается в прибор и прокручивается в течение 3 мин
с частотой вращения 13 мин-1. После испытания взвешиванию подле-
жат все куски, масса которых составляет 20% и более от средней началь-
ной массы брикета.
314
Прочность брикетов должна быть не ниже 80—90%, если она опре-
деляется по формуле (248).
г ‘ Исследованиями установлено, что прочность кормовых монолитов
тесно связана с их плотностью р и приближенно следует экспонен-
циальной зависимости (ио Ю. В. Подкользнну):
Пр = 98,5-44- 103е-°-011Р. (249)
Рис. 173. Зависимость прочности бри-
кетов от их плотности (по Ю. В. Под-
кол ьзину)
Уменьшение плотности брикетов ниже 800 кг/м3 приводит к рез-
кому снижению прочности (рис. 173). Наименьшей прочностью облада-
ют брикеты из злаковых трав пли из кормосмеси с присутствием соло-
менной сечки. Для таких брикетов
оптимальной считается плотность
720—900 кг/м3, если в кормовую
смесь не вводятся связующие ком-
поненты (меласса, жир и др.).
Влияние влажности.
Влажность уплотняемого материа-
ла в значительной мере опреде-
ляет как качество получаемых
монолитов, так и экономичность
режимов работы оборудования.
В зависимости от физического
состояния вода может выполнять
роль пластификатора и связую-
щего вещества, способствующего
более тесному сближению частиц
и образованию соответствующих
связей. Наряду с этим, в других
условиях вода может выполнять
роль расклинивающего тела и про-
тиводействовать уплотнению мате-
риала, делая его более упругим.
В. Ф. Некрашевичем установлено, что зона оптимальных техноло-
гических режимов лежит в пределах влажности стебельных кормов
15—18%. При увлажнении частиц корма свыше 18% уменьшается
плотность и прочность (рис. 174) монолитов (показатель крошимости
Кр растет). Частицы корма набухают, увеличивается объем кормо-
вой массы. Частицы воды, находящиеся между частицами корма, при
уплотнении мешают их сближению и действуют, как клинья. Это при-
водит к увеличению энергоемкости процесса прессования и ухудше-
нию качества продукта.
Технология производства гранулированной травяной муки и бри-
кетированных кормовых смесей предусматривает сушку зеленой массы
До 12—14% и последующее увлажнение муки или сечки до 16—18%,
проводимое при кондиционировании. Полученные монолиты после
прессования подлежат охлаждению, в процессе которого часть воды
Испаряется (до 2—3%). Снижение влажности спрессованного корма
315
происходит более интенсивно, если водяная пленка расположена
наружной поверхности частиц. а
Температура прессования. При уплотнении мате
риала часть механической работы, затрачиваемой на его деформации
и перемещение вдоль канала, переходит в теплоту. Образующаяся теп-
лота расходуется на нагрев материала и матрицы. 10. Ф. Баранов
изучавший тепловой режим пресса-гранулятора ОГМ-0,8, показал, что
в процессе гранулирования травяной муки примерно половина обра-
зующейся теплоты уходит с гранулами, а остальная идет на нагрев
оборудования (главным образом матрицы) и воздуха.
При увеличении температуры прессования наблюдаются уменьше-
ние энергоемкости процесса, увеличение производительности оборудо.
вания и уменьшение износа матрицы.
Поэтому технологии кондиционирова-
ния сырья перед прессованием должно
быть уделено большое внимание.
Влага, адсорбированная на по-
верхности твердых частиц, резко
снижает свою вязкость т]в под влия-
нием температуры Т(К), что видно
из уравнения т]в = 0,01905 71"0-95. При
комнатной температуре вязкость воды
т|в « 0,001 Па-с.
При температуре свыше 300 К
повышение давления также способ-
ствует уменьшению вязкости воды,
в результате уплотняемый материал
становится более пластичным и легче
поддается деформации.
Полученные монолиты должны
прессования, плотности р и кро-
шимости Кр гранул травяной муки
от влажности
охлаждаться сразу же после отде-
ления матрицы. Охлаждение способствует сокращению периода упру-
гого последействия, а также завершению релаксационных процессов
внутри монолита и повышению их прочности. В результате охлажде-
ния влажность гранул снижается па 1,5—3%, и они становятся более
прочными. Следует отметить, что кратковременный нагрев травяной
муки в процессе гранулирования (до указанных температур) не приво-
дит к потере каротина.
Теплофизические свойства. Для тепловых расчетов
процесса прессования необходимо иметь численные значения характе-
ристик теплофизических свойств, которые могут быть найдены только
экспериментальным путем. К основным теплофизическим характеристи-
кам относятся: коэффициенты теплопроводности X, температуропро-
водности а и удельная теплоемкость с. В ходе процесса прессования
эти характеристики в значительной степени меняются в зависимости
от влажности, температуры и приложенного давления.
Экспериментальное определение теплофизических характеристик
проводили Ю. Ф. Баранов, Б. Э. Коппель и Н. В. Хилков на лабора-
316
торной установке (рис. 175). Они установили, что с повышением тем-
пературы и влажности все теплофизические характеристики возрастают.
Это объясняется тем, что при влажности ниже 14% вода прочно свя-
зана с твердыми частицами, основную роль в теплообмене играют твер-
дый скелет материала и воздух, теплопроводность которого в 25 раз
меньше теплопроводности воды. Численные значения коэффициентов
невелики и составляют: а =
= (19 — 20) IO*2 м2/с и X =
= (6 — 7) 10“2 Вт/(м-град).
С увеличением влажности
усиливается массообмен, и тепло-
проводность заметно возрастает,
так как вода не только заполняет
^2208
Рис. 175. Схема экспериментальной установки с бикалориметром для определения
тсплофизических характеристик кормов:
I — стабилизатор напряжения; 2 — трансформатор напряжения 220/12 В; 3 — ваттметр:
4 — миллиамперметр; 5 ~ мешалка; 6 — электродвигатель; 7, 13 — термометр; 8 — термо-
стат; 9 — бикалориметр; 10 — переключатель; 11 — милливольтметр; 12 — ваниа со льдом
поры между частицами, ио проникает в микрокапилляры, увеличи-
вая при этом площадь контактной поверхности и создавая более
благоприятные условия для передачи тепла.
Удельная теплоемкость с с увеличением влажности и температуры
также возрастает с (17—18) 10“2 Дж/(кг-град) при В = 17% и Т =
= 293 К до (21—22)10“2 Дж/(кг-град) при В = 22% и Т = 373 К.
Влияние к о н с m р у к m и в н о-m ехнологических
параметров. Время, необходимое для формирования прочных
монолитов, зависит от релаксационных свойств материала, который
должен находиться в канале под действием давления прессования
До тех пор, пока не завершится в основном релаксация напряжений
и деформаций. Это время складывается из времени пребывания порции
материала в зоне сжатия между вальцом и матрицей и времени пребы-
вания данной порции в канале прессования.
317
Время, потребное на формирование монолитов, наряду с коцст.
руктивнымн параметрами матрицы н ее кинематическим режимом
определяют пропускную способность матрицы, или производительность
пресса, которую в первом приближении можно определить по формуле
Я = S0Z,pz0p/7o6p, (250)
где q — секундная производительность, или подача, кг/с;
So — площадь поперечного сечения канала, м2;
L — длина канала, м;
р — плотность монолита, кг/м3;
2п — число каналов в матрице;
Р — коэффициент использования живого сечения матрицы;
/обр — время обработки, т, е. пребывания единичной порции (слоя)
материала в канале прессования, с.
Из формулы (250) видно, что пропускная способность матрицы
прямо пропорциональна площади поперечного сечения канала, плот-
ности получаемых монолитов и числу каналов в матрице и обратно
пропорциональна времени пребывания монолита в канале, или времени
обработки.
Размеры и плотность брикетов или гранул задаются зоотехничес-
кими требованиями. Число отверстий лимитируется условиями проч-
ности и технологией изготовления матрицы. Минимально необходимое
время пребывания материала в канале определяется его свойствами,
для того или иного вида корма, а также технологии кондиционирова-
ния оно может быть принято постоянным. Длина канала непосредствен-
но на производительность не влияет, и ее следует рассматривать в связи
со временем обработки.
Отношение L/to6p представляет собой среднюю скорость продви-
жения монолита по каналу. При /обр — const с увеличением длины
канала увеличивается скорость продвижения монолита. Как уже
отмечалось ранее, длина канала служит регулятором плотности моно-
лита, поэтому в разных конструкциях прессов одинакового назначе-
ния она меняется в узких пределах.
Помимо производительности пресса, важнейшее значение имеет
эффективность его работы, оцениваемая показателями энергоемкости
процесса и тесно связанная с его кинематическим режимом.
Для оценки влияния частоты вращения матрицы на производи-
тельность найдем величину подачи материала, приходящуюся на один
оборот матрицы qo5 = Q/nc, где пс — частота вращения, с'1 [пс ~
— со/(2л) = 0,16(й].
С учетом формулы (250) получим
<7об = SoZ.pzop/(0,16(й/обр). (251)
Подача, приходящаяся на один оборот матрицы и один канал,
будет равна
g = SoLp/(O,16<6p). (252)
318
Из полученного выражения следует, что при увеличении частоты
вращения матрицы и сохранении величины подачи материала сокра-
щается время пребывания его в канале, что нежелательно, так как
ведет к ухудшению качества монолитов.
Если время обработки сохранять постоянным, исходя из требова-
ний прочности монолита, то с увеличением частоты вращения необхо-
димо уменьшить величину единичной подачи, т. е. подачи на один
оборот матрицы и один капал. В этом случае общая производитель-
ность пресса будет увеличиваться прямо пропорционально частоте
вращения, что подтверждают и экспериментальные данные.
Так, Ю. В. Подкользин определяет частоту .вращения матрицы,
исходя из следующих условий.
Минимальная частота вращения определяется с учетом наилучших
условий захвата материала и обеспечения бесперебойной подачи его
к рабочим органам. Матрица должна иметь угловую скорость доста-
точную, чтобы материал удерживался на внутренней поверхности
вертикальной кольцевой матрицы. В этом случае показатель кинема-
тического режима должен быть равен
К = a2RBJg = 1/sin <р, (253)
где g — ускорение силы тяжести, м/с2;
RKii — радиус матрицы, м;
<г — угол трения, рад.
Из формулы (253) следует, что
«min = Уй7(Явн sin (р)/2л.
(254)
Ограничение частоты вращения матрицы сверху обусловлено
прочностью горячих монолитов, выходящих из канала. На них дейст-
вуют растягивающие напряжения от центробежной силы. С учетом
этого условия максимальная частота вращения будет
«max = V^/(t)Ra dp)/2n, (255)
где о — допускаемые напряжения разрыва (для гранул из травяной
муки о = 1300— 1700 Па);
b — отношение длины монолита к его диаметру (для гранул b =
= 1,5 — 2);
Rlt — наружный радиус матрицы, м;
d — диаметр гранул, м.
Г. Я. Фарбман рекомендует при определении частоты вращения
матрицы учитывать воздухопроницаемость материала, чтобы исклю-
чить возможность выдувания его из зоны захвата при быстром умень-
шении объема сжимаемого материала. Это замечание наиболее сущест-
венно для травяной муки, частички которой имеют малую массу и ско-
рость витания.
Заметим, что для брикетировщиков с неподвижной матрицей отпа-
дают ограничения по напряжениям [формула (255)1, а также частоты
вращения рабочих органов по воздухопроницаемости, так как частицы
319
брикетируемых кормов в десятки и сотни раз крупнее частиц травяной
муки или комбикорма; в совокупности они обладают достаточным сцеп-
лением, Чтобы значительно ослабить, так называемый вентиляцион-
ный эффект.
6.5. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ КОРМОВ
ПРЕССОВАНИЕМ
6.5.1. Оборудование для гранулирования кормов влажным способом.
В зависимости от влажности исходных материалов способ гранулиро-
вания прессованием в свою очередь подразделяют на влажный и сухой.
Влажным способом гранулируют кормовые смеси влажностью 35—50%,
которые по классификации акад. П. А. Ребиндера относятся к группе
гидрофильных гелей и занимают промежуточное положение между
вязкими жидкостями и твердыми телами; им свойственны упругость
и эластичность. Гранулы из таких кормовых смесей (в основном ком-
бикорма с микродобавками) получают на шнековых прессах-грануля-
торах. Такие гранулы после прессования требуют сушки и последую-
щего охлаждения. Они весьма прочны и водостойки, т. е. способны
длительное время не разбухать в воде, сохраняя свою форму и удер-
живая питательные вещества. Используя это свойство, ученые и спе-
циалисты рыбоводных хозяйств разработали производство гранул
способом влажного прессования, которые широко применяют для корм-
ления рыб в прудах и малых водоемах.
Научные исследования в этой области кормоприготовления про-
водили Н. И. Полунина, В. К. Гриб, В. Я. Лысенко, И. Ш. Тюктяев
и др. Учеными-рыбоводами доказано, что гранулы влажного прессо-
вания позволяют сократить расход корма при выращивании рыб в пру-
дах на 25% по сравнению с кормлением их тестообразными комбикор-
мами и на 19% по сравнению с гранулами сухого прессования.
Всесоюзным научно-исследовательским институтом прудового рыб-
ного хозяйства (ВНИИПРХ) разработана технологическая линия про-
изводства гранулированных комбикормов способом влажного прес-
сования производительностью 100 т в сутки с приводом от электро-
двигателя мощностью 90 кВт. Основным элементом линии является
смеситель-гранулятор СНГ-300 «Корм» конструкции Укрниихиммаша,
приспособленный для гранулирования кормовых смесей для рыб.
Одновременно с комбикормом, поступающим через дозатор, в гра-
нулятор подается вода насосом-дозатором. Сушка гранул в линии
осуществляется в кипящем слое горячим воздухом, поступающим через
паровоздушный калорифер.
На рис. 176 представлена схема смесителя-гранулятора типа СНГ,
который состоит из корпуса 1, шнека 2, гранулирующей головки 3,
планетарного редуктора 4 и электродвигателя 5.
Рабочие органы (два шнека) набираются из насадок с левой и пра-
вой нарезкой по определенной схеме. Профиль нарезки и межосевое
расстояние рассчитаны таким образом, что витки одного шнека входят
во впадины другого шнека с очень малым зазором (0,3—0,4 мм).
320
Это способствует перетиранию частиц, интенсивному смешиванию
компонентов и обеспечивает самоочистку шнеков. Два шнека (червяка)
0 300 мм вращаются в одном направлении. Насадки по длине грану-
лятора образуют четыре зоны: транспортирующую с двухзаходным
червяком, смешивающую с однозаходным червяком, нагнетательную
с двухзаходным червяком и прессующую, состоящую из двух трехгран-
ных кулачков специального профиля. Заканчивается шнек отбивными
витками, препятствующими попаданию тестообразной массы в опор-
ные подшипники. Давление в прессе достигает 5—5,5 МПа. -
Гранулирующая (прессующая) головка имеет цилиндрическую
сменную матрицу с радиальными отверстиями. Гранулы для рыб
делают 0 4—5 мм. На внешней поверхности матрицы вращается сре-
зывающий нож, приводимый в движение электродвигателем с электро-
Рис. 176. Смеситель-гранулятор типа СНГ для влажного гранулирования корма
для рыб
муфтой через регулятор скорости, что позволяет регулировать длину
гранул.
Получаемые гранулы сохраняются в воде, не размокая, длитель-
ное время и отвечают предъявляемым требованиям: время набухания
15—20 мин, водостойкость 3 ч и более, экстрагирование питательных
веществ (по сырому протеину) за первый час пребывания гранул в воде
до 10%, плотность 1000—1200 кг/м3.
6.5.2. Оборудование для производства амидо-концентратных доба-
вок (АКД). Наукой и практикой установлено, что белковую недоста-
точность кормовых рационов для жвачных животных можно воспол-
нить путем скармливания карбамида. Карбамид, или мочевина, —
белое, кристаллическое, азотсодержащее вещество N2H4CO (ГОСТ
2081—63), которое само белка не содержит, но в результате гидролиза
в рубце животного выделяет азот; последний под действием микро-
организмов рубца синтезируется в бактериальный усваиваемый белок.
Однако простая добавка карбамида к кормам может оказаться
токсичной вследствие быстрого гидролиза его и интенсивного образо-
вания аммиака, поэтому карбамид на фермах применяют в весьма огра-
ниченных дозах; эффективность от такого использования оказывается
невысокой.
11 С. В, Мельников
321
Всесоюзный научно-исследовательский институт физиологии, био-
химии и питания сельскохозяйственных животных в содружестве
со специалистами из Марийской АССР разработали технологический
процесс получения карбамидного концентрата, который позволят
повысить эффективность использования карбамида в три с лишним
раза против обычного, принятого в хозяйствах, способа.
При новом способе карбамид скармливается скоту не в чистом виде
(гранулы или порошок), а в виде амидо-концентратной добавки (АКД),
состоящей из комбикорма (70—75%), карбамида (20—25%) и бенто-
нина натрия (5%). Тщательно подготовленная из этих компонентов
смесь подвергается прессованию на шнеках высокого давления, назы-
ваемых экструдерами. На выходе из пресса получают продукт в виде
жгута или трубки (чулка), в зависимости от конструкции выходного
насадка (мундштука).
Физико-химическая основа технологического процесса производства
АКД сводится к следующему. Материал в экструдере подвергается
давлению до 1,4—1,5 МПа при продавливании его шнеком (червяк)
через узкие калиброванные щели (2,5—5 мм), образованные специаль-
ными диафрагмами, поставленными в двух-трех местах на пути дви-
жения обрабатываемой смеси. От трения смесь нагревается до 400—
430 К. Под влиянием высокого давления и температуры происходят
клейстеризация крахмала, плавление карбамида, абсорбция (погло-
щение) расплавленного карбамида бентонитом и диффузия расплава
(молекулярное внедрение азота) в массу клейстеризованного крахмала.
В результате такого взаимодействия частицы карбамида оказываются
охваченными тонкой пленкой крахмала, как оболочкой капсулы; это
играет важную роль в последующем процессе ассимиляции карбамида.
Попав в рубец животного, частички карбамида, упакованные в крах-
мальную оболочку, гидролизуют не сразу, а постепенно в течение 3—4 ч,
что исключает возможность интенсивного хода образования аммиака
и отравления животного. Более того, постепенное усвоение карбамида
повышает общую эффективность его использования в несколько
раз.
Следует отметить назначение и важную роль третьего компонента
в смеси — бентонита натрия. Бентонит натрия — это высушенная в пе-
чах и тонко измельченная белая глина, добываемая в Грузии и Арме-
нии. Бентонит сильно поглощает воду и другие жидкости (абсорбирует);
при производстве АКД он обеспечивает проникновение и равномерное
распределение карбамида в крахмале, а также выполняет роль свя-
зующего вещества, придавая полученному монолиту высокую проч-
ность.
Экструзия как способ уплотнения сыпучих легкопластифипируе-
мых материалов путем продавливания через узкие щели известен давно
и широко применяется в ряде отраслей промышленности, например
при производстве пластополимеров.
Экструдер — это шнек (червяк) с переменным шагом, заключен-
ный в толстостенный кожух (трубу). Рабочее (калиброванное) отверстие
может быть расположено в выходном мундштуке (матрице) или выпол-
322
няется в виде узкой кольцевой щели между двумя охватывающими полу-
кольцами (диафрагмой) и валом червяка.
Процесс собственно экструдирования, т. е. насыщения крахмала
карбамидом, протекает всего лишь за одну минуту, т. е. за время про-
хождения массы корма через рабочие отверстия.
На рис. 177, а показан экструдер с коническим шнеком марки
КМЗ-2 для получения АКД. Наружный цилиндр 2, или корпус
Рис. Экструдер для получения
карбамидного концентрата (АКД):
а — КМЗ-2 с переменным диаметром шне-
ка; б— с двумя навивками; 1 — матрица
(насадок); 2 — цилиндр; 3 — шнек высо-
кого давления; 4 — шнек-питатель; 5 —
бункер; 6 — электродвигатель; 7 — соеди-
нительные хомуты; 8 — редуктор
экструдера, состоит из пяти секций, соединенных между собой в одно
целое хомутами 7 и болтами. Каждая секция состоит из двух полу-
цилиндров. Полукольца-диафрагмы расположены между 2, 3, 4 и 5-й
секциями. Рабочий зазор между полукольцами и валом червяка по
ходу материала уменьшается от 5 до 2,5 мм. На выходе червяк обору-
дован цилиндрической матрицей 1. Спрессованный карбамидный кон-
центрат выходит из него в виде пустотелой трубки (чулок) с толщиной
стенки 5—6 мм.
Экструдер приводится в работу от электродвигателя 6 мощностью
30 кВт через клииоременную передачу. Шнековый питающий механизм
11* 323
Itr
имеет свой электродвигатель мощностью 0,6 кВт. Производительность
экструдера 350—500 кг/ч.
На рис. 177, б показан экструдер, прессовальный шнек которого
имеет две навивки: с шагом 72 мм в подающей части и 44 мм в зоне
прессования. Из отверстия матрицы выходит АКД влажностью 8—14%
в виде жгута 0 10 мм.
Рабочий шнек 3 приводится в работу от электродвигателя мощностью
55 кВт через цилиндрический редуктор 8, а питающий шнек 4_______
мотор-редуктором. Производительность этого экструдера до 600 кг/ч.
При эксплуатации экструдеров нельзя останавливать установку,
заполненную массой, на длительное время. Масса в экструдере быстро
охлаждается, затвердевает, и повторно пустить в работу экструдер
без его разборки становится невозможным. В конце смены перед оста-
новкой экструдера необходимо заполнить его не рабочей смесью, а
травяной мукой с добавкой небольшого количества жира и дать экстру-
деру поработать, пока из мундштука не появится травяная мука.
На фермах и комплексах для крупного рогатого скота широко
организовано производство АКД на поточных технологических линиях
с использованием в основном серийных машин и оборудования.
Технологический процесс производства АКД включает следующие
операции: прием, очистку и измельчение зерна; прием карбамида, бен-
тонита и балансирующих микродобавок с предварительным их смеши-
ванием; дозирование и смешивание компонентов; экструдирование
смеси; охлаждение; измельчение АКД в крупку; затаривание АКД,
складирование и выдачу готовой продукции.
Гипросельхозстрой разработал проект межхозяйственного цеха
по производству АКД мощностью 15—20 т в смену с использованием
шести экструдеров и двух агрегатов ОКЦ-ЗО.
На рис. 178 представлена технологическая схема цеха по произ-
водству АКД, построенного в опытном хозяйстве «Шелангер» Марий-
ской АССР на базе 10 экструдеров.
Технологический процесс протекает следующим образом. Зерно
влажностью не выше 15% загружают самосвалом в завальную яму,
откуда норией через магнитную колонку оно подается на решетный
стан. После очистки зерно измельчается на дробилке КДМ-2 и норией
направляется в расходный бункер. Одновременно ленточными тран-
спортерами загружаются бункера карбамидом и бентонитом натрия.
Из расходных бункеров компоненты через дозаторы поступают
в шнековый смеситель и далее в экструдеры. Из экструдеров готовый
продукт (АКД) выходит горячим в виде упругой трубки, которая норией
подается на охладительную колонку ДГ-П, где охлаждается до 290—
300 К. Охлажденные АКД направляют на измельчитель ДГ-III для
измельчения в крупку с размерами частиц не менее 3—5 мм.
Опыты показывают, что 1 кг АКД содержит 700—750 г сырого
протеина (против 90—100 г в ячмене) и 0,8—0,9 кормовой еди-
ницы.
Примерные суточные нормы АКД жвачным животным на 1 голову
составляют: коровам — 600—1000 г, молодняку старше 6 мес —
324
200—300 г, крупному рогатому скоту на откорме — 300—500 г, овце-
маткам— 60—100 г, молодняку овец старше 3 мес — 40—60 г.
Экономическая эффективность при скармливании 1 кг АКД опре-
деляется возможностью получения дополнительной продукции: мо-
локо — около 10 кг, прирост крупного рогатого скота — 2 кг, прирост
массы овец— 1,5 кг, прибавка мытой шерсти овец — до 150 г в сутки.
При этом затраты кормов на производство продукции снижаются на
10—15%.
Рис. Технологическая схема поточной линии производства АКД
6.5.3. Оборудование для гранулирования кормов сухим способом.
Этот способ по сравнению с влажным прессованием имеет значительные
преимущества: не требуется сушка гранул; в гранулах сохраняются
все питательные вещества, витамины, и антибиотики; при более прос-
той технологии оборудование может иметь высокую производитель-
ность. В настоящее время имеются грануляторы производительностью
до 10—15 т/ч.
В зависимости от типа рабочих органов прессы-грануляторы де-
лятся на: формующие, в которых образование монолитов ведется
в закрытой камере (поршневые, штемпельные, см. рис. 153, 1—4)\
прокатывающие (вальцовые, рис. 153,11—12)\ выдавливающие (экстру-
зионного типа), в которых образование монолитов производится в откры-
том канале (вальцовые с кольцевой или плоской матрицей, рис. 153,
13—18) или с помощью решетки противодавления (шнековые, экстру-
деры, рис. 153, 9—10).
325
Прессы для гранулирования кормов
сухим методом
Рис. 179. Классификация прессов для
гранулирования кормов сухим способом
Классификация прессов для гранулирования кормов сухим спо-
собом (рис. 179) разработана Г. Я. Фарбманом. В настоящее время
наибольшее распространение получили вальцовые прессы с кольце-
вой матрицей. Отечественная промышленность выпускает грануляторы-
ОГМ-0.8А, ОГМ-1,5, ОГМ-3, ДГ-I. Разрабатываются новые модели,
рассчитанные на производительность 5 и 10 т/ч. Все они имеют оди-
наковую конструктивную схему и отличаются лишь размерами.
Рассмотрим устройство и работу грануляторов на примереОГМ-0,8А.
Оборудование для гранулирования травяной муки ОГМ-0.8А
предназначено для приготовления гранул из травяной муки, выраба-
тываемой двумя агрегатами АВМ-0,4 или одним АВМ-0,65.
—•- Вода
—О»- Воздух
— »- Сечка
>--•- Комбикорм
• ,-»» Гранулы
13
Рис. 180. Технологическая
схема работы оборудования
ОГМ-0,8А
Схема технологического процесса оборудования ОГМ-0.8А пред-
ставлена на рис. 180. Травяная мука из агрегатов поступает через
заборник 1 в циклон 2 и из него — в расходный бункер 4. Циклон 3
служит для улавливания пыли, уносимой с потоком воздуха из циклона
2. Чтобы мука равномерно поступала на гранулирование и в бункере
не образовывались своды, в нем установлена планетарная мешалка
с приводом в движение от вала шнекового дозатора 5 пресса 8. Дозатор
регулирует количество муки, поступающей на гранулирование путем
изменения частоты вращения, так как он приводится в работу от авто-
номного электродвигателя через клиноременной вариатор. По выходе
Из дозатора мука увлажняется водой, поступающей через систему ввода
воды (через распылитель 6). Вместе с водой могут вводиться антиокси-
данты и связующие вещества. Равномерность увлажнения и однород-
ность смешивания обеспечивает быстроходный лопастной смеситель-
кондиционер 7, который также имеет автономный привод от электро-
двигателя.
327
Ill
Из смесителя кондиционированная травяная мука самотеком
поступает в приемник пресса 8, откуда направляющими лопатками
подводится на внутреннюю поверхность матрицы. Выдавленные прес-
сующими вальцами из рабочих отверстий матрицы монолиты (стол-
бики) спрессованного материала встречаются с неподвижными ножами
и обламываются, образуя гранулы. Выходящие из пресса гранулы
имеют высокую температуру (350—380 К) и непрочны. По лотку они
поступают в норию 9, которая поднимает их и направляет в охлади-
тельную колонку 11. Просасываемый через колонку вентилятором
циклона 10 воздух охлаждает гранулы. Затем гранулы попадают
на сортировальное решето /2 и с него — в отборник 13, откуда направ-
ляются на затаривание в мешки или транспортируются к месту хра-
нения россыпью. Часть муки может не сгранулироваться (до 5—7%),
часть горячих гранул может рассыпаться в крошку. Эта мелочь про-
ходит под решето и через отборник 14 воздухом транспортируется
в циклон 10 и направляется на повторное гранулирование.
Основным узлом в комплекте оборудования ОГМ-0.8А является
гранулятор, который состоит из шнекового дозатора 5, лопастного
смесителя 7, пресса 8 и редуктора привода дозатора. Основой грану-
лятора является пресс, состоящий из своего редуктора и узла прес-
сования с вертикальной кольцевой матрицей и двумя пассивными валь-
цами (роллерами). Общее устройство пресса показано на рис. 181.
Электродвигатель (А = 40 кВт, п — 1500 мин-1) через эластичную
муфту соединен с валом-шестерней 1. В постоянном зацеплении с ва-
лом-шестерней находится зубчатое колесо 5, жестко закрепленное
шпонкой и гайкой 4 на полом главном валу 6. К фланцу главного вала
сегментами 7 прикреплена матрица 8, которая от проворачивания
зафиксирована шпонками.
К наружному торцу вращающейся матрицы прикреплен коничес-
кий приемник 10, образующий вместе с ее внутренней полостью камеру
прессования. Внутри главного вала размещена ось 2, на конце ее
установлены две плиты, между которыми на эксцентричных осях смон-
тированы прессующие вальцы, или роллеры, 9. Зазор между рабочими
поверхностями вальцов и матрицы в пределах 0,3 0,5 мм регули-
руется с помощью специальных рычагов и болтов на передней плите
вальцов. На другом конце оси 2 на шлицах посажен фланец с лыской,
который через срезной штифт 3 жестко соединен со стаканом заднего
роликового подшипника. При обычной нагрузке срезной штифт удер-
живает ось от вращения, и прессующие вальцы вращаются лишь вокруг
своих неподвижных осей. Если пресс окажется чрезмерно перегружен-
ным гранулируемой массой или в зазор между вальцом и матрицей
попадет посторонний предмет, то валец заклинится, и вращающий
момент от матрицы будет передаваться на ось 2, а через нее на срезной
штифт 3. После срезания штифта фланец начнет поворачиваться и
имеющейся на нем лыской нажмет на толкатель конечного выключа-
теля, который отсоединит от сети все электродвигатели и остановит
пресс, предохраняя его от поломки. На рабочие органы пресса (комп-
лект матриц и вальцов) приходится основная часть стоимости пресса,
328
поэтому в процессе эксплуатации необходимо обеспечить надлежащий
уход за ними.
Срок службы матрицы и вальцов будет на 15—20% больше, а про-
изводительность пресса и качество гранул более высокими, если кон-
диционирование травяной муки производить сухим паром давлением
0,2—0,3 МПа. При этом вариатором дозатора увеличивают подачу
Рис. 181. Пресс-гранулятор ОГМ-0.8А
корма до 1000—1400 вместо 800—1000 кг/ч при кондиционировании
водой.
В кормоцехах с большим объемом производства, создаваемых
на основе межхозяйственной кооперации, применяются грануляторы
ОГМ-3 для травяной муки, а также ДГ-I и ОГК-3 для гранулиро-
вания комбикормов. Эти грануляторы работают с кондиционированием
комбикорма сухим паром.
В комплект агрегата ДГ, кроме пресса-гранулятора ДГ-I, входят
охладитель ДГ-П, измельчитель ДГ-III, сепаратор ЗСП-10 (решетный
стан) и пульт управления.
329
Измельчитель ДГ-П, или вальцовый крошитель, предназначен
для измельчения крупных гранул (0 10—12 мм), преимущественно
из травяной муки перед вводом их в кормовые смеси на комбикормовых
заводах.
Измельчитель состоит из корпуса, внутри которого размещен
двухвальцовый измельчающий аппарат. Ведущий валец приводится
в работу электродвигателем мощностью 13 кВт через клиноременную
передачу, а ведомый валец получает движение от ведущего через плос-
коременную передачу. Диаметр вальцов 205 мм. Вальцы выполнены
рифлеными с углом наклона рифлей: у ведущего — 2° и ведомого —
879; частота вращения ведущего вальца — 7,6 с-1, ведомого — 4,66 с'1.
6.5.4. Оборудование для брикетирования кормов. Несмотря на
общность законов уплотнения кормов и единую конструктивную схему,
брикетировочные прессы составляют самостоятельную группу машин,
отличающуюся от прессов-грануляторов. Эти отличия обусловлены
разнообразием свойств уплотняемых кормов, широкой их номенкла-
турой и различиями в требованиях, предъявляемых к кормовым бри-
кетам и гранулам. В частности, необходимость иметь брикеты разной
плотности привела к созданию регулируемых каналов прессования,
у которых может изменяться площадь поперечного сечения или длина
канала. Брикеты, предназначенные для крупного рогатого скота
(в состав входят грубые корма), имеют размеры, во много раз превос-
ходящие размеры гранул. Матрицы брикетных прессов также имеют
большие размеры и делаются неподвижными (вертикальные или гори-
зонтальные), а активным рабочим органом является блок прессующих
вальцов с ведущим водилом.
Рассмотрим наиболее типичные конструкции брикетировочных
прессов. Пресс брикетный четырехштемпельный
ПБС-3 конструкции ВНИИКОМЖа состоит из рамы, приемной
камеры, брикетирующего механизма, камеры прессования, увлажни-
теля и электрооборудования. Брикетирующий механизм сдвоенный
(рис. 182, а), является основным узлом пресса и состоит из двух парал-
лельно работающих кривошипно-шатунных механизмов и делитель-
ной камеры 6. Крейцкопф 4 каждого шатуна несет на себе по два штем-
пеля 5, формирующих брикеты цилиндрической формы 0 6,5 мм при
средней плотности 710—750 кг/м3. Мощность электродвигателя 55 кВт.
Производительность пресса до 3 т/ч.
Шестиштемпельный пресс-брикетировщик
конструкции. Калининского политехнического института и Донского
СХИ в основе имеет звездообразный кривошипно-шатунный механизм
(рис. 182, б) и систему подачи корма в камеры прессования. Опытный
образец такого пресса проходит производственные испытания на кормо-
брикетном заводе «Дон-7», его производительность 8—10 т/ч при диа-
метре брикетов 60—100 мм и высоте до 20 мм.
Экспериментальный вальцовый пресс-бри-
кетировщик формующего типа (разработан В. Ф. Не-
крашевичем в Рязанском СХИ) работает по принципу прокатки. Пресс
состоит из прессового кольца-матрицы (рис. 183, а) с коническими
330
отверстиями, вращающегося между ведущим 5 и опорным 1 вальцами.
Вальцы имеют на своих рабочих поверхностях ячейки, которые рас-
полагаются против отверстий матрицы и вместе с ними образуют ка-
меру прессования. Прессовое кольцо проходит через приемный бункер 3,
оборудованный вибропитателем 2. Внутри кольца на неподвижном
основании установлен роликовый выталкиватель брикетов 6, а сна-
ружи — опорный ролик 7.
Рис. 182. Брикетные прессы штемпельного типа:
а — пресс ПБС-3: / — маховик; 2 — коленчатый вал; 3 — шатун; 4 — крейцкопф; 5 —
штемпель; 6 — делительная камера; 7 — звездочка привода шнека; б — схема звездообраз-
ного шестиштемпельного пресса
Данный пресс позволяет получать брикеты без острых кромок,
с галтелями по периферии, что уменьшает крошимость. Матрица имеет
высокий коэффициент перфорации (0,7—0,75), что позволяет умень-
шить суммарную площадь перемычек, а вместе с тем и затрату энергии
на сталкивание материала с перемычек в ячейки камеры прессования.
Вальцовый пресс-брикетировщик «Л анделл
450» с кольцевой матрицей выдавливающего
типа (фирма «Ланделл», США) имеет неподвижную горизонтальную
матрицу 1 (рис. 183, б) с 45 регулируемыми по сечению каналами.
Плотность брикетов регулируете^ поворотом боковых стенок прес-
совальных каналов с помощью пневмоцилиндриков 5, расположенных
на периферии матрицы между каналами 6. Для повышения срока служ-
331
Рис. 183. Схемы вальцовых прессов:
а — формующего типа: 1 — опорный валец; 2 — вибропитатель; 3 — приемный бункер;
матрнца плавающего типа; 5 — валец ведущий прессующий; 6 — выталкиватель бри-
7 роли* опорный; б — выдавливающего типа фирмы «Ланделл» (США): / — матри-
““ валец’ 3 водило; 4 — наконечник сменный; 5 — пневмоцнлиндрик; 6 — регулы*
руемая часть каналов прессования
бы матрицы входная часть каналов оснащена сменными наконечни-
ками 4. Каналы имеют сечения 32 X 32 мм. Пресс выдает брикеты
плотностью 530 кг/м3 при производительности 5 т/ч.
Брикетный пресс ОПК-2 конструкции ГСКБ по машинам
для приготовления витаминизированных кормов (г. Вильнюс) пред-
ставляет собой комплект оборудования для прессования кормов с номи-
нальной производительностью 2 т/ч. Оборудование ОПК-2 предназна-
чено для приготовления брикетов из кормовых смесей, включающих
сечку из высушенных на агрегатах АВМ естественных и сеяных трав,
Рис. 184. Оборудование ОПК-2 для прессо-
вания кормов:
1 — охладительная колонка; 2 — подъемник;
3 — питатель-смеситель; 4 — пресс; 5 — горло-
вина для ввода грубых кормов; 6 — вентилятор
системы охлаждения и сортирования; 7 — нако-
пительный бункер
измельченную солому, комбикорма и балансирующие добавки, а также
для приготовления гранул из травяной муки или комбикормов, получае-
мых от агрегатов типа ОКЦ. В соответствии с назначением комплекты
оборудования ОПК поставляются в трех модификациях: ОПК-2 — уни-
версальные; ОПК-2-1 для гранулирования; ОПК-2-2 — для брикети-
рования кормов.
Оборудование ОПК-2 (рис. 184) состоит из пресса 4, смесителя-
питателя 3, системы забора сечки, системы накопления и дозирования,
системы охлаждения и сортирования с вентилятором 6, системы ввода
воды или пара для кондиционирования исходных материалов, подъем-
ника 2, а также электродвигателей и двух шкафов управления.
Основным рабочим органом является пресс, который состоит из
редуктора, сменных прессующих узлов, подъемника для смены мат-
333
рицы и электродвигателя, установленного на обшей плите с редук-
тором. Редуктор одноступенчатый, цилиндрический, аналогичный
редуктору пресса ОГМ-0,8.
В узел для брикетирования входят сборная неподвижная матрица
с механизмом для регулирования длины прессующих каналов и два
Рис. 185. Узел для брикетиро-
вания кормов (а) и схема при-
жимного механизма (б):
/ — вал-водило; 2 — стакан; 3 —
сбламыватель брикетов; 4 — звез-
дочка прижимного механизма;
5 — пружина; 6 — сегмент; 7 —
приемник; 8 — валец для брикети-
рования; 9 — уплотнительное коль-
цо; 10 — плита; 11 — блок лопа-
ток; 12 — колыю: 13 — цепь;
14 — ходовой винт; 15 — диск;
16 — червячная лара
вальца, смонтированные на
фланце вала-водила.
Матрица для брикети-
рования сборная, состоит
из 44 отдельных сегмен-
тов 6 (рис. 185, а), закреп-
ленных между двумя дис-
ками. В собранном виде
сегменты образуют прес-
сующие каналы, у которых
три стенки имеют постоян-
ную длину, а одна — пе-
ременную. Продолжением
этой стенки служит пла-
стинчатая пружина 5, по-
зволяющая изменять рабочую длину канала и тем самым регулиро-
вать плотность получаемых брикетов за счет изменения сопротивле-
ния проталкиванию их через каналы. Прижим пружин к каналам
осуществляется синхронно через диск 15 прижимным механизмом.
Прижимной механизм (рис. 185, б) состоит из четырех звездочек 4,
установленных ступицами на ходовых винтах 14, которые закреплены
334
на наружном диске матрицы. Привод к звездочкам ручной, с помощью
червячной пары 16 и цепной передачи 13. При нажатии диском 15
на концы пружин 5 последние выпрямляются и образуют закрытое
продолжение каналов прессования.
Вальцы 8 отличаются от вальцов для гранулирования конструк-
цией катков — они имеют выдавливающий пояс.
Для обламывания брикетов, выходящих из каналов матрицы, слу-
жат обламыватели 3, представляющие собой изогнутые пластины.
Узел для гранулирования травяной муки и комбикормов по конст-
рукции сходен с прессующим узлом гранулятора ОГМ-0,8 и состоит
из сменных неподвижных матриц с цилиндрическими отверстиями
0 5, 10 и 14 мм, двух цилиндрических вальцов- активного действия,
и
8 9 Ю
7—
В
18
15
16
»-----»- Травяная мина,
комбикорм
>»----► Сечка
»------- Увлажненный продукт
°------ Гранулы, брикеты
>-----«- Неспрессованный
продукт
с------ Крошка
------ Вода
।------- Пар
«-----«- Воздух
f-----» Пылевидные
частицы
Рис. 186. Технологическая схема универсального брикетного пресса
блока направляющих лопаток 11, подводящих корм к вальцам, и
приемника 7 цилиндрической формы (вместо конического у ОГМ-0,8).
Передача движения на вал-водило 1 пресса производится от элект-
родвигателя мощностью 100 кВт. На фланце вала 1 укреплены оси
вальцов 8 с уплотнительными кольцами 9. На внешние концы осей
надета и жестко закреплена плита 10, которая вместе с осями и фланцем
вала образует жесткую конструкцию водила. Беговая дорожка для
прессующих вальцов 8 образована направляющими кольцами 12.
Технологическая схема универсального брикетировщика ОПК-2
представлена на рис. 186. Проследим, как протекает рабочий процесс
при: 1) брикетировании травяной сечки, поступающей от агрегата
АВМ; 2) брикетировании кормовых смесей, включающих сечку, солому,
комбикорм и добавки; 3) гранулировании травяной муки; 4) гранули-
ровании комбикормов, получаемых от агрегата ОКЦ.
При брикетировании травяная сечка засасывается из циклона сухой
массы агрегата АВМ вентилятором 9 в циклон 10 по пневмопроводу
через заборник 13. В циклоне 10 сечка отделяется от воздуха, оседает
и через шлюзовой затвор поступает на транспортер 8, которым далее
335
она подается в смеситель-питатель 22. Одновременно для кондициони-
рования в сечку насосом вводится вода из бака 1 в выгрузную горло-
вину транспортера 8. Вместо воды для кондиционирования может быть
использован сухой пар (давлением 0,25—0,4 МПа), подаваемый через
вентили 21 непосредственно в питатель-смеситель 22.
Увлажненная сечка из смесителя непрерывно выводится шнеком
и направляется в камеру 20 пресса. Здесь сечка затягивается в зазор
между прессующими вальцами и рабочей поверхностью кольцевой
неподвижной вертикальной матрицы и продавливается через радиаль-
ные отверстия, где под действием большого давления формируются
брикеты квадратного сечения 35 X 35 мм.
Вышедшие из пресса брикеты имеют высокую температуру и не-
прочны, поэтому ленточным транспортером 19 и норией 18 они направ-
ляются через камеру 14 предварительного сортирования в охлади-
тельную колонку 15. В камере предварительного сортирования воз-
душным потоком, создаваемым вентилятором 11, отделяются пылевид-
ные частицы. Крошка и несбрикетированный корм отделяются в пнев-
мопроводе 16 воздушным потоком, создаваемым вентилятором 6 в ка-
мере 17 окончательного сортирования. Все эти легкие фракции осе-
дают в циклоне 7, из которого через шлюзовой затвор шнеком 5 воз-
вращаются на транспортер 8 и направляются на повторное брикети-
рование. Готовые брикеты из охладительной колонки 15 через камеру 16
окончательного сортирования выгружаются для транспортировки
их на склад или для затаривания.
При брикетировании кормовых смесей из сечки, соломы, комбикорма
и добавок соломенную сечку вводят в поток травяной сечки через
шлюзовой затвор 12. Они перемешиваются в пневмопроводе и циклоне
10 и подаются в смеситель-питатель 22.
Одновременно комбикорм от агрегата ОКЦ шнеком 2 загружается
в накопительный бункер 4 и из него дозатором 3 также направляется
в смеситель-питатель 22, где все поступившие компоненты увлажняются
и тщательно перемешиваются; затем они направляются в пресс 20 для
брикетирования. Дальнейший путь брикетов из кормосмесей такой же,
как и брикетов из травяной сечки.
Оборудование ОПК-2 может быть использовано для гранулирова-
ния травяной муки или комбикорма. Для этого необходимо заменить
прессующий узел для брикетирования (матрица и вальцы) на прес-
сующий узел для гранулирования.
Рабочий процесс при-гранулировании протекает следующим обра-
зом. Травяная мука из системы отвода сушильного агрегата забирается
шнеком 2 и загружается в накопительный бункер 4, откуда дозатором 3
подается в смеситель-питатель 22. Кондиционирование травяной муки
может производиться водой или паром. Вода подается в выгрузную
горловину дозатора 3, а пар — непосредственно в смеситель-пита-
тель. При гранулировании комбикорма кондиционирование рекомен-
дуется производить только сухим паром, что позволяет значительно
повысить производительность пресса и получить гранулы высокой
прочности.
336
После кондиционирования травяная мука или комбикорм из сме-
сителя-питателя поступают в пресс 20 на гранулирование. Далее
готовые гранулы транспортером 19 и норией 18 направляются на охлаж-
дение и затаривание. Пылевидные частицы, несгранулированный корм
и крошка через циклон 7 шнеком 5 направляются в бункер-накопи-
тель 4 для повторного гранулирования.
Крошимость гранул допускается не более 5%, брикетов из бобовых
трав— 10%, из злаковых трав или с примесью соломы — не более
15%.
6.5.5. Расчет вальцового пресса
с кольцевой матрицей. Рабочим ор-
ганом такого пресса является пара
«матрица — валец», технологические и
конструктивные параметры его мо-
гут быть различными в зависи-
мости от конкретного назначения
(гранулирование или брикетирова-
ние).
Исходными данными для расчета
являются зоотехнические требова-
ния к технологии прессования и
ГОСТы, регламентирующие разме-
ры, плотность и показатели каче-
ства готовых монолитов. Расчет
пресса производят на заданную
производительность (</, кг/с; Q, т/ч)
и выполняют в следующей после-
довательности. Рис. 187. Схема к расчету вальцо-
1. Разрабатывают конструктивно- вого пресса с кольцевой вращаю-
технологическую схему пресса (рис. щейся матрицей
187), выбирают его тип, число валь-
цов, форму и размеры поперечного сечения каналов прессования,
способ регулирования плотности монолитов.
2. Определяют длину L канала прессования по формуле
Г = PmaxS0/(/CT^Pyn/7K).
3. Определяют суммарную площадь SM рабочей поверхности мат-
рицы, обусловленную’заданной производительностью (по Ю. В. Под-
кользину)
Sm = qto5p/(knLcp), (256)
где /обР — время пребывания монолита в канале прессования (по опыт-
ным данным, при гранулировании травяной муки /обр =
= 16—18 с, при брикетировании кормовых смесей /об„ =
= 23—25 с);
k„ — коэффициент перфорации матрицы (для грануляторов k„ =
— 0,4—0,5, для брикетировщиков kn = 0,7—0,75);
с — коэффициент, учитывающий расширение монолитов после
выхода из каналов (с = 1,1).
337
4. Определяют число каналов прессования z0 = SJS0.
5. Определяют высоту слоя Н в зоне захвата вальцом прессуемого
материала.
Из схемы на рис. 187 видно, что сторона A0t треугольника равна
AOj. = VА 01 + О А - 2 (ЛО2) (ОА) cos (180 - а);
R — Н = У г2 (R — г)2 + 2г (R — г) cos а.
Отсюда
H — R — ]/r24-(R — r)24-2r(R — r)cosa. (257)
В полученном выражении имеются две неизвестные величины:
высота слоя Н и угол а, называемый углом прессования.
При отсутствии буксования между вальцом и матрицей дуги пово-
рота их в зоне захвата аА будут равны, т. е. <jar = <jPR, отсюда
а/р = r/R и угол Р = ar!R.
Но из треугольника ЛОА видно, что л — (л — а) + Р 4- у
и а = р 4- у. Следовательно, угол у == а — р или у = а [1 — (r/R)].
Для того чтобы валец мог захватить слой сыпучего материала и
затем сжать его, необходимо, чтобы угол между радиусами вальца
(ЛО2) и матрицы (ЛО,), проведенными через точку захвата (Л), не пре-
вышал бы угла ф трения материала о поверхность вальца. По наблю-
дениям, этот угол составляет 25—35° (коэффициент трения fa = 0,5—
0,7). Следовательно, должно быть выполнено условие у -С ф. Тогда
угол прессования определится
a Ф/[1 — (r/R)]. (258)
Необходимость компактного размещения вальцов приводит к тому,
что соотношение между радиусами вальца и матрицы (r/R) меняется
в узких пределах в выполненных конструкциях прессов при двух
вальцах r/R = 0,42—0,45, при трех — r/R = 0,4—0,42.
При выбранном значении отношения r/R и с учетом формулы (258)
высота слоя Н может быть найдена из выражения (поЮ. В. Подколь-
зину)
Н/г = (R/r) [ 1 - ]/1 - 2 (r/R) [1-(r/R)] (1-cosa]. (259)
6. Определяют производительность пресса q (кг/с) по формуле
q = S0Lpz0p//o6p,
где р — коэффициент заполнения каналов материалом, учитывающий
использование живого сечения матрицы (Р = 0,05).
7. Определяют силу трения F.ip, возникающую при движении
монолита по каналу,
(260)
где f„ — коэффициент трения покоя;
t, — коэффициент бокового распора (£ = 0,4—0,45);
руп — давление на упоре [руп = (0,1—0,4) ргаах, где ргаах — наиболь-
шее осевое давление прессования, определяемое по формуле
(235)1;
338
к
77к — периметр канала прессования, м;
L — длина канала, м.
8. Определяют среднюю скорость перемещения монолита по каналу
прессования
^ср ~ ^-/^обр ~ Pmax,So/(/:CT?Pyn/7K/05p). (261)
9. Определяют частоту вращения матрицы п (с-1) по условию
Hmin <С ^тах, при ЭТОМ
«min — sin <р)/2л,
Ящах — VVp/tbRu dp/2n,
где g — ускорение свободного падения, м/с2;
Ор — разрушающие напряжения отрыва в монолите, Па;
R„ — наружный радиус матрицы-кольца, м;
b — отношение длины монолита к его поперечному размеру;
d — поперечный размер (диаметр, сторона квадрата), м;
р — плотность монолита, кг/м3.
10. Определяют мощность Л'пр (кВт), потребную для процесса прес-
сования, по формуле
Л/пр=10-3Лр^ргц, (262)
где гц — число каналов, в которых производится прессование одно-
временно, т. е. на дуге зоны захвата (гц = г0^д/ЗбО, где гв — число
прессующих вальцов).
11. Определяют мощность N (кВт) электродвигателя на привод
пресса в работу без учета привода обслуживающих механизмов (пита-
ния, вентилятор и др.)
Л/ = (Л/пр + Л/х.хЖРПДв), (263)
где Л/хх — мощность холостого хода пресса, кВт;
*ПтР и т]дв — КПД трансмиссии и электродвигателя при нормальной
нагрузке.
6.6. КОРМОБРИКЕТНЫЕ ЗАВОДЫ,
ИХ СТРУКТУРА И РАСЧЕТ
6.6.1. Кормобрикетные заводы. Такие заводы сооружаются в хо-
зяйствах для производства полнорационных брикетированных кормов,
гранулирования травяной муки и комбикормов. На основе обобщения
опыта строительства и эксплуатации таких предприятий в различных
зонах страны Гипронисельхоз разработал типовые проекты заводов
производительностью 1, 2, 4, 6 и 8 т/ч. Наибольшее распространение
в стране получат предприятия производительностью 4 т/ч — для про-
изводства комбикормов и производительностью 3 т/ч — для произ-
водства полнорационных брикетов.
Кормобрикетный завод производительностью 3 т/ч может обеспе-
чить потребность в грубых кормах и комбикорме молочных комплек-
сов всех типоразмеров, а также ферм для выращивания ремонтного
339
молодняка до 6 тыс. голов и откормочных ферм на 3 тыс. голов круп,
ного рогатого скота.
Основным условием эффективной работы завода или пункта является
наличие прочной сырьевой базы. Указания по организации сырьевой
базы и методике расчета производительности кормобрикетных пред,
приятий приведены в литературе [15].
В нашей стране работает большое число кормообрабатывающих
предприятий, обычно называемых кормоцехами (например, кормоцех
на 2—3 т/ч, типовой проект № 814-94). В последнее время создаются
специализированные хозяйства (комплексы) по производству кормов,
имеющие в своем составе кормобрикетные заводы с цехами (отделе-
ниями) для производства: гранулированной травяной муки на базе
агрегатов АВМ-1,5 или АВМ-3 и грануляторов ОГМ-1,5 или ОГМ-3;
гранулированных комбикормов на базе агрегатов ОКЦ-ЗО или ОКЦ-50
и грануляторов ОГК-3 или ДГ-1; полнорационных брикетированных
кормовых смесей для коров и овец на базе агрегатов АВМ-1,5 или
АВМ-3 и брикетных прессов ОПК-2, ОПК-3 или ПБС-З-ВИМ; амидо-
концентратных добавок на базе экструдеров разной производитель-
ности.
Для примера рассмотрим кормобрикетный завод совхоза-техни-
кума «Винни» ЭССР, технологическая схема которого показана на
рис. 188. Оборудование завода позволяет изготовлять брикеты из кор-
мовых смесей, гранулированную травяную муку, монокорм из зер-
новых культур в молочно-восковой спелости, а также комбикорма
с добавками БВД и АКД.
Зеленую массу, разгружаемую из автосамосвалов или прицепов
с помощью опрокидывающихся платформ 2, дозируют погрузчики-
дозаторы 1. Дозирование спрессованной картофельной пульпы про-
изводит дозатор 3, жидких добавок — дозатор 6, соломы — дозатор 5.
Далее солома подается транспортером 7 в шнековый смеситель 9.
Зеленая масса и солома высушиваются на сушилке 4 и поступают
на гранулятор 11 или пресс-брикетировщик 13 штемпельного типа.
Брикетированный корм через ленточные весы 8 и охладитель 10
направляются в промежуточный склад 12 для кратковременного хра-
нения.
6.6.2. Расчет цеха (пункта) для производства гранулированной
травяной муки. Технологический расчет цехов кормобрикетного
завода производят по общей методике, поэтому ограничимся расчетом
цеха гранулированной травяной муки, который выполняют в следую-
щей последовательности.
1. Определяют объем производства травяной муки. Годовой объем
производства обусловлен потребностями хозяйства с учетом: 1) пол-
ного обеспечения травяной мукой всего поголовья животных; 2) выпол^-
нения плана сдачи части травяной муки государству (комбикормовой
промышленности); 3) покрытия потребности в травяной сухой сечке
как в компоненте кормовых брикетов в соответствии с заранее уста-
новленной долей брикетированных кормов в общем кормовом балансе
хозяйства (30—50%).
340
Трава ....... Дозировка комбикорма
—Солома на сушку Дозировка жидкиас, добавок
—------Небысушвнная солома ...ь Кормовые брикеты
“ — Химическая обработка соломы iiihhihhh Гранулированный корм
Рис. 188. Технологическая схема опытного завода кормовых брикетов совхоза-техникума «Винни» ЭССР:
1 — дозатор зеленой массы; 2— опрокидывающаяся платформа; 3 — дозатор картофельной пульпы; 4 — сушилка (агре-
гат М-804/1,5); 5 — дозатор соломы; 6 — дозатор мелассы; 7 — транспортер; 8 — ленточный массонзмернтель (весы); 9 —
шнековый смеситель; 10 — охладитель брикетов; 11 — гранулятор ОГМ-1,5; 12 — склад для временного хранения брике-
тов; 13 — брикетный пресс штемпельного типа
Суточная потребность 0сут (кг) в травяной муке для скармливания
ее животным составит
GcyT = O.OOl^m,, (264)
где qt — масса травяной муки, включаемой в рацион i-й половозраст-
ной группы животных, г;
т{ — число животных или птицы в i-й группе.
Средние ежедневные нормы потребления травяной муки живот-
ными и птицей приведены в табл. 28.
Таблица 28. Ежедневные нормы потребления травяной муки
Животные и птица Возрастная группа Норма, г/сут
Куры Цыплята до 10 дней » » 30 » > > 60 > Ремонтный молодняк 60—200 дней Маточное промышленное стадо 0,1—0,5 0,5—2 3—4 5—8 8—12
Свиньи Поросята-сосуны Поросята-отъемыши Свиньи на откорме Свиноматки 30—50 200—400 500—1000 1000—1500
Крупный рогатый Телята молочного периода 500—1000
СКОТ Молодняк 6—12 мес Дойные коровы 1000—2000 2000—3000
Овцы Молодняк Матки 50—100 200^300
Годовой объем Сгод (кг) производства травяной муки с учетом про-
должительности кормления i-й группы животных в течение Di дней
составит
Gros = 0,001 + Groc + G6p, (265)
где Groc — количество муки, подлежащее сдаче государству, кг;
Сбр — количество сухой сечки, идущее на производство брикети-
рованных кормов, кг.
2. Определяют потребную (расчетную) производительность цеха
травяной муки (т/ч) по формуле
<2ц = <2год/(1000£»а7’смисмпа'Псм), (266)
где Оа — число дней работы агрегатов в сезоне (Da = 100—120);
Ли — продолжительность смены, ч;
исм — число смен (псм = 2—3);
т]а — коэффициент использования производительности агрегата
(т|а = 0,8—0,85);
г]см — коэффициент использования времени смены (t]CM = 0,7—
0,8).
При этом сушильные агрегаты должны иметь суммарную произ-
водительность Qa (т/ч) не менее
Qa = Qu/a', (267)
342
где а' — коэффициент, учитывающий изменение номинальной произ-
водительности агрегата в зависимости от влажности зеленой массы,
поступающей в цех (при средней влажности массы В = 75% прини-
мают а' = 1, при В ~ 80 и 70% коэффициент будет равен соответст-
венно 0,73 и 1,3).
По величине Qa выбирают марку и число агрегатов с номинальной
производительностью (т/ч)
za = Qu/(a'Qll). (268)
3. Определяют потребную площадь кормовых угодий и разраба-
тывают организационно-технические мероприятия по созданию сырье-
вой базы цеха.
Площадь кормовых угодий SKy (га), необходимая для выполнения
годовой программы производства травяной муки и брикетированных
кормов, составит
SK у = 100СГОД/У, (269)
где У—урожай (выход) зеленой массы, ц с 1 га.
При разработке организационно-технических мероприятий по обес-
печению выполнения плана производства травяной муки предусмат-
ривается создание прочной сырьевой базы, расположенной в радиусе
действия проектируемого завода (цеха или отдельного пункта). Пра-
вильно организованная сырьевая база предусматривает высокую уро-
жайность кормовых культур и естественных трав, а также строго опре-
деленные сроки скашивания зеленой массы, рассчитанные на беспере-
бойное снабжение сырьем всех агрегатов, работающих полный сезон
в три смены.
Должен быть создан зеленый конвейер, для которого используются
травы, способные быстро отрастать после скашивания и давать не-
сколько укосов за сезон. Лучшее сырье — трава бобовых растений,
скашиваемых в фазе бутонизации, или злаковых — в фазе колошения.
Выращивание трав и многоукосный сбор зеленой массы требуют
проведения широкого комплекса агротехнических мероприятий, вклю-
чая известкование кислых дерново-подзолистых почв. Посев семян
клевера или люцерны лучше производить в чистом виде, а не в смеси
с другими культурами. Это обеспечит максимальный выход протеина
и каротина.
В схемах зеленого конвейера предусматривают разделение общей
площади посевных или луговых трав на 3—4 участка и поочередное
скашивание их за 3—4 укоса.
В рекомендациях МСХ РСФСР для условий Нечерноземной зоны
в качестве основы зеленого конвейера предусматривается использо-
вать травостои улучшенных сенокосов, избыток травы с долголетних
культурных пастбищ, посевы люцерны, клевера, ежи сборной и дру-
гих многолетних трав, а также однолетних бобово-злаковых смесей.
4. Определяют укосную площадь ScyT, суточный сбор зеленой массы
с которой будет достаточен для полной загрузки всех агрегатов цеха:
^сут = 0,01a Qh^cm^cm ^Ла'Псм/'^• (270)
343
где QH — номинальная производительность агрегата по готовому про-
дукту, кг/ч;
У — урожай зеленой массы, ц с 1 га;
С — количество зеленой массы (кг), необходимое для получе-
ния 1 кг травяной муки (при влажности сырья 80, 75 и
70% показатель С равен соответственно 4,5; 3,6 и 3).
В зависимости от урожайности и состояния сырья по влажности
укосная площадь для разных травостоев может существенно отличаться
от среднего значения. В процессе эксплуатации оборудования эти
различия следует учитывать и при текущем планировании работ
вносить соответствующие коррективы.
5. Определяют количество зеленой массы G3M (кг/ч), потребное
для нормальной работы агрегата в течение 1 ч,
Сз. м = Гв (100 - Вт. М)/(В3. м - Вт м), (271)
где И7В — испарительная способность сушилки, кг воды/ч.
Для агрегатов АВМ-0,65, АВМ-1,5А и СБ-1,5 испарительная
способность составляет соответственно 1700, 4200 и 3400 кг воды/ч
[34].
6. Определяют годовой объем транспортных работ Дтр (т-км)
по доставке зеленой массы со всей площади S'K.y кормовых угодий,
обслуживающей цех травяной муки.
Если допустить, что завод (цех, пункт) расположен в центре круга,
вся площадь 8к.у которого занята кормовыми угодьями и используется
для производства травяной муки и сухой сечки, то радиус 7?к такого
круга можно найти из следующих соображений.
Годовой сбор зеленой массы Сгод.т (т) с площади круга 5к.у (км2)
составит
^год. т= >5к. у<7= (272)
отсюда RK = VОгод. т/(лдк) 0,565 VОсол. 3/qK, где ^ — продуктив-
ность кормовых угодий, т/кма.
Заметим, что qK (т/км2) = 10 У (ц с 1 га).
При этом весь объем транспортных работ Дтр (т-км) по доставке
зеленой массы с площади сбора на пункт составит (по Е. Е. Хаза-
нову)
Ар = л27к/?^/3 nR-KqKRK
Подставляя RK из формулы (272), получим
АР 0,565GroJ. т У Огод. т/<?к. (273)
Если полученный объем транспортных работ (в тонна-километ-
рах) разделить на годовой сбор зеленой массы бгодл (т), то найдем
среднюю дальность перевозок L3 м (км)
= Ар/Сгод.т = л/?к/3№/?к. (274)
7. Определяют необходимое число косилок-измельчителей zK с
учетом принятого режима работы агрегатов, суточного фонда рабо-
344
чего времени tc п сушильного пункта и t„ — измельчителей, а также
часового расхода G3 м зеленой массы.
Производительность косилки-измельчителя QK0C (кг/ч) равна
<?кос = 0,1ВрирУПсм. (275)
где Вр — рабочая ширина захвата косилки, м;
Vp — рабочая скорость косилки, км/ч.
Из уравнения
(^а^з. м^с. п/Лус) 2KQKocfH (276)
находят число косилок-измельчителей
zaG3-м/с. п/(т|уС^К0С/и), (277)
где Лус — коэффициент потери сухого вещества при сушке, т. е. усушки
{Лус = 0,95-0,97 [34]}.
8. Определяют число транспортных средств zT по формуле [34]
zT = + [zaG3. м/( 1 000 VT)] (2L3. и/иср) -Нпр +1, (278)
где VT — грузовместимость транспортного средства, т;
vcp — средняя рабочая скорость транспортного средства, км/ч;
/ир — время разгрузки и простоев, ч.
Последнее слагаемое в правой части уравнения (278) указывает
на необходимость иметь один прицеп или другое транспортное средство
в качестве резервного.
9. Определяют необходимое число грануляторов zrp травяной
муки. '
Полученная на агрегатах травяная мука направляется на гранули-
рование. В летний период некоторая часть ее может расходоваться
на текущие нужды. С учетом этого потребная производительность
Qrp (кг/ч) отделения гранулирования составит
Qrp = lOOOQy - [0,001^. гр/пЖвпсмВДсм)Ь (279)
где qi rp — суточная норма скармливания гранулированной травя-
ной муки животным i-й группы, г/сут.
Необходимое число грануляторов выбранного типа (ОГМ-0,8,
ОГМ-1,5, ДГ-1 и др.) будет равно
zrp = QrP/Qrp.H- (280)
где Qrp.H — номинальная производительность гранулятора, кг/ч.
10. Определяют размеры склада для хранения гранулированной
травяной муки.
Для хранения полученных гранул требуется иметь склад, полезная
вместимость Vrp (м3) которого должна быть
Vrp = QrpDaTCMnCMr|rpr|CM/p, (281)
где р — насыпная плотность гранул травяной муки (при хранении
в складе р = 650—700 кг/м3);
т|гр — коэффициент использования производительности грануля-
торов (г]гр = 0,85—0,9).
345
При хранении гранул на складе «навалом» при высоте слоя до 4 м
потребуется иметь полезную площадь FnojI пола склада
Рпол ~ 0,257гр/ф
зап» (282)
где Фзап — коэффициент заполнения склада (г]зап = 0,8—0,9).
При хранении гранул в герметичных башнях, заполненных инерт-
ным газом, вместимость башни определится с учетом коэффициента
Фзап = 0,95—0,97 и значений насыпной плотности р = 700—800 кг/м3.
Раздел 7
МАШИНЫ ДЛЯ ДОСТАВКИ И РАЗДАЧИ КОРМОВ
ЖИВОТНЫМ
7.1. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВЫЕМКИ КОРМОВ
ИЗ ХРАНИЛИЩ И ДОСТАВКИ ИХ
К ЖИВОТНОВОДЧЕСКИМ ПОМЕЩЕНИЯМ
7.1.1. Технологические схемы линий доставки и раздачи кормов
на молочных фермах. Для крупного рогатого скота различают два
способа кормления — ненормированное и нормированное. На фермах
с беспривязным содержанием животных при достаточном количестве
грубых кормов их скармливают животным ненормированно из скирд
и буртов через передвигаемые решетки или из кормушек, установлен-
ных на кормовых площадках.
Индивидуальное нормированное кормление применяют при стой-
лово-привязном содержании животных, а групповое — при беспри-
вязном боксовом.
В зависимости от продуктивности животных задают в кормушки
определенную норму корма. Раздачу кормов производят различными
раздатчиками.
Стебельные корма в зависимости от вида их и качества раздают
по следующим технологическим схемам.
1. Загрузка в раздатчик у места складирования корма -» транспор-
тирование -» раздача в кормушки.
2. Измельчение -» загрузка в раздатчик -» транспортирование -»
раздача в кормушки.
3. Измельчение -» дозирование -» смешивание -» раздача в кор-
мушки.
4. Измельчение -» химическая обработка -» дозирование -» сме-
шивание -» раздача в кормушки.
5. Измельчение-» сушка -» размол в муку -» дозирование ^сме-
шивание -» раздача в кормушки.
346
Скармливание корнеклубнеплодов с предварительным их измель-
чением производят в большинстве случаев по следующим технологи-
ческим схемам.
1. Мойка -> резка -» загрузка в раздатчики-» транспортирова-
ние -» раздача в кормушки.
2. Мойка -» резка -» дозирование -» смешивание -» раздача в кор-
мушки.
3. Мойка -» резка -» дрожжевание -* раздача в кормушки.
Концентрированные измельченные корма раздают при кормлении
коров в смеси с другими кормами или в чистом виде во время доения.
Возможна раздача концентрированных кормов в виде гранул.
7.1.2. Силосные сооружения. Специальные емкости, предназна-
ченные для силосования кормов и хранения силоса, называются силос-
ными сооружениями (силосохранилищами). Силосные сооружения
бывают двух видов: траншеи и башни.
Силосные траншеи строят из сборного железобетона, реже из кир-
пича. Траншея в плане представляет прямоугольник, а в попереч-
ном сечении — трапецию. С торцов траншеи устраивают пандусы
(с уклоном не более 16 : 3). Размеры траншей делают шириной 6,9,
12 и 18 м, а длина их выбирается в зависимости от требуемой вмести-
мости (до 60 м).
Потребная суммарная вместимость Ус силосохранилища для фермы
определяется по формуле
ус = kikjy^ qttn^, (283)
где — коэффициент запаса вместимости силосного сооружения,
учитывающий потери силоса от угара (при надлежащем
уплотнении и очень хорошем укрытии: при хранении в баш-
нях kr = 1,02—1,03, в траншеях — k2 = 1,05—1,06);
k2 — коэффициент, учитывающий страховой запас корма (k2 —
= 1,1—1,2);
qi — норма выдачи силоса на одну голову j-й группы животных
согласно суточному рациону, кг;
mt — число голов z-й группы животных;
D — число дней стойлового периода;
р — плотность силоса после уплотнения (в расчетах принимают
р = 650—750 кг/м3 при хранении в башнях и р = 550—
600 кг/м3 — в траншеях).
Число силосных траншей определяют в зависимости от того, сколько
и каких животноводческих помещений должно обслуживать проек-
тируемое силосное сооружение. При отборе силоса от монолита для
раздачи его животным требуется соблюдать определенные условия.
Открытая при выемке торцовая поверхность траншеи соприкасается
с кислородом воздуха, в результате в силосной массе начинает проис-
ходить аэробный процесс и, как следствие, порча корма. Этот процесс
проникает в глубь монолита. Чтобы предотвратить его дальнейшее
распространение, необходимо удалять наружный слой толщиной
/imin (не менее 0,05 м — зимой и 0,08 м — летом).
347
С учетом этого требования можно определить максимальную пло-
щадь Fmax поперечного сечения траншеи по формуле
/‘max = ^qifn'/(hminp),
где 'Zqttn'i/р == Усуг — суточный объемный расход (м3) силоса на пого-
ловье m'i, обслуживаемое данным сооружением.
Действительная площадь поперечного сечения траншеи высотой,
равной Н, составит
Ед = ЬсрН = 2 qirn'ilh^ = УСу1//гд,
где bcp — средняя ширина траншей (по данным Научно-исследова-
тельского института животноводства Лесостепи и Полесья
УССР, оптимальная ширина траншей составляет 15—20 м);
— действительная толщина слоя силоса, м.
Действительную толщину слоя силоса, которую должен снимать
погрузчик ежедневно, можно найти по формуле
hn = КуЛ^ср^). (284)
Чтобы не допустить порчи силоса с открытой поверхности, необ-
ходимо соблюдать условие /гд
Высота траншеи Н выбирается не более 5 м, иначе будут затруднены
въезд транспортных средств по крутому пандусу при загрузке траншеи
и выемка его механизированными средствами.
Суммарная (расчетная) длина Lp траншеи составит
Ер=Усил/Ед, (285)
где Усил — объем силоса, закладываемого в проектируемую тран-
шею, м3.
Если действительная длина траншеи по выбранному типовому про-
екту хранилища составляет Етип, то таких траншей требуется иметь
7 = / /£
*>тр £>р/г>тип*
При использовании на строительстве траншей элементов промыш-
ленного изготовления (плиты, контрфорсы и др.) длину траншеи
рекомендуется принимать кратной 3 м. НИИЖ Лесостепи и Полесья
УССР рекомендует делать траншеи длиной до 60 м.
7.1.3. Средства для выемки силоса из траншей. Для отбора пор-
ций силоса от основного монолита, дополнительного измельчения его
и погрузки в транспортные средства применяют специализированные
погрузчики, навешиваемые на трактора типа «Беларусь». Погрузчики
непрерывного действия оборудованы измельчающими аппаратами
(фрезерные барабаны) и вентиляторами-швырялками.
В хозяйствах широко распространены: погрузчик силоса навес-
ной ПСК-5, фуражир ФН-1,2 и погрузчик-экскаватор навесной ПЭ-
0,8. В системе машин предусмотрены также вновь разрабатываемые
конструкции: электрифицированный мобильный погрузчик силоса
и сенажа и машина для выгрузки силоса и сенажа из траншей, стацио-
нарная, автоматизированная.
348
Погруз ч и к-и з м е л ь ч и тел ь силоса ПСК-5 (рис. 189)—
мобильный, непрерывного действия, навешивается на трактор типа
«Беларусь», снабженный раздельно-агрегатной системой управления
с гидравлическим приводом. Погрузчик отбирает силосную массу,
сенаж, солому или сено из наземных хранилищ, дополнительно измель-
чает и погружает в транспортные средства. Для подгребания остатков
корма и для равномерного распределения нагрузок по опорам спереди
трактора навешивают серийный бульдозер БН-1В.
Погрузчик состоит из: рамы 2, стрелы 9, левого и правого фрез-
барабанов 8, выгрузной трубы 10 с дефлектором, шнека 1, вентилятора-
швырялки 3, механизмов передач и гидроцилиндра 5. В нижней части
рамы размещены приемный ковш со шнеком, вентилятор и нижний
распределительный редуктор 4. К верхней части рамы с помощью
кронштейнов 11 шарнирно крепят стрелу 9 фрезбарабанов 8 и щиток 7’.
Стрела поднимается с помощью гидроцилиндра 6, а опускается под
действием силы тяжести. Скорость опускания стрелы можно регу-
лировать с помощью дросселя-регулятора гидросистемы. Время опус-
кания фрезбарабанов при включении рычага в положения: I — 252 с,
II — 127 с, III — 34 с.
Фрезбарабаны — основной рабочий орган погрузчика. Они отби-
рают массу от монолита и направляют ее в приемный ковш. Фрез-
барабан представляет собой цилиндр, на поверхности которого при-
креплены по винтовой линии Г-образные ножи. На торцах фрезбара-
банов установлены два подрезных ножа, а в середине между фрезба-
рабанами — небольшая четырехлопастная фреза с режущими граня-
ми, служащая для разрушения остающейся части монолита.
Шнек в приемном ковше погрузчика представляет собой вал елевы-
ми и правыми зубчатыми витками. Он направляет измельченную массу
349
к вентилятору, который далее подает ее через выгрузную трубу
с дефлектором в транспортные средства.
Выгрузная труба представляет собой корытообразную конструк-
цию с шарнирно-укрепленным дефлектором на верхнем ее конце.
Труба может поворачиваться на угол до 300°.
Гидросистема погрузчика служит для управления стрелой, выгруз-
ной трубой и бульдозерной навеской 12.
После окончания работ тракторист включает кран-переключатель
на управление бульдозером и подгребает остатки обрушенного корма
к бурту с помощью бульдозерной навески.
350
Фуражир ФН-1,2, или модернизированный ФН-1,4, пред-
ставляет собой мобильный погрузчик непрерывного действия, наве-
шиваемый на трактор типа «Беларусь», и применяется для тех же целей,
что и ПСК-5. При измельчении и погрузке соломы из скирд фуражир
агрегатируют со специальной тележкой ТПС-40.
Фуражир ФН-1,2 (рис. 190, а) состоит из следующих основных
частей: рамы 6, измельчающего барабана 4, конфузора 5 с коленом,
эксгаустера с дефлектором 2 и механизма подъема.
Измельчающий барабан состоит из тринадцати закрепленных на
трубе дисков 7 (рис. 190, б) с приклепанными к ним сегментами 8.
Он смонтирован на передней (по ходу трактора) части конфузора.
Конфузор с коленом и барабаном может с помощью гидросистемы трак-
тора поворачиваться в вертикальной плоскости относительно всасы-
вающего окна эксгаустера и изменять при этом высоту отбора корма
от монолита. Эксгаустер с четырехлопастным крылачом 1 (рис. 190, а)
имеет поворотный дефлектор с регулируемым козырьком, позволяющим
равномерно распределять измельченный корм в кузове транспорт-
ного средства.
Рабочий процесс фуражира происходит следующим образом.
Трактор с погрузчиком при поднятом конфузоре подъезжает к торцу
траншеи или скирды, после включения МОМ трактора измельчающий
барабан опускается на монолит, постепенно отрезая слой корма. Тол-
щина слоя должна быть не более 400 мм или 3/4 диаметра барабана.
Отрезанный барабаном корм всасывается воздушным потоком и по-
дается эксгаустером через выгрузную трубу 3 и дефлектор 2 в транс-
портные средства.
7.1.4. Сенажные сооружения. Для заготовки сенажа также приме-
няют башни и траншеи.
При закладке сенажа ее требуется тщательно укрывать пленкой.
Незащищенная площадь, поверхности корма в башне равна площади
круга, измеренной по внутреннему диаметру башни, а в траншее —
площади прямоугольника, измеренной по верхнему периметру ее стен.
О надежности укрытия корма иногда судят по безразмерному по-
казателю Sv, представляющему собой отношение площади незащищен-
ной поверхности к общей площади поверхности кормового монолита,
закладываемого в данное сооружение. При этом на оценку качества
сооружения не влияет плотность укладки корма.
Численно показатель надежности укрытия корма определяют из
выражений:
для траншеи
Sjz.Tp = B/[2 (В + Я)], (286)
для башни
5И.С = О/[2(Б> + 2Д)], (287)
где В, Н и D — размеры сооружения, соответственно длина, ширина,
высота, внутренний диаметр (башни), м.
361
В технологическом отношении преимущество башен особо прояв-
ляется при закладке сенажа, так как слой корма в башне ежедневно
загружается на значительную толщину (3—5 м), и основная масса
корма защищена вышележащими слоями. Башни загружают в тече-
ние 4—5 дней. В случае вынужденного перерыва в загрузке башни
(на сутки и более) корм сверху можно быстро укрыть пленкой и свеже-
скошенной травой. При загрузке в траншею это сделать значительно
трудней и поэтому загружать траншеи следует быстрее, не более чем
за 3 дня. За это время сенаж (по Г. И. Назарову) разогревается в башне
до 303—313 К, а в траншее — до 323—335 К.
Современные сенажные герметические башни обору-
дуются техническими средствами для механизации всех операций,
связанных с загрузкой, разравниванием и разгрузкой сенажной массы.
Их достоинством является возможность механизировать и автомати-
зировать подачу корма из башен непосредственно в кормушки без
затрат ручного труда.
На фермах крупного рогатого скота сооружают сборно-блочные
бетонные башни 0 9,15; 12; 15 м и вместимостью соответственно 1600,
2300 и 2800 м3.
На рис. 191, а показан общий вид сенажной башни БС-9,15 вмес-
тимостью 1600 м3 (проект Гипронисельхоза, 1971 г.). Цилиндрический
корпус (ствол) башни собран из 3639 бетонных блоков, уложенных
по высоте в 32 ряда, без цементной связки и стянутых кольцами из
оцинкованной круглой стали 0 16,5 мм (всего 153 бандажа). Размеры
основного блока (рис. 191, б) 762 X 254 X 92 мм. Кроме основных,
имеются укороченные блоки и блоки с отверстиями (рамы) для разгру-
зочных люков.
Башня устанавливается на монолитный фундамент, в котором
имеются дренажные трубы для стока сенажной жидкости (в сборный
колодец). Дно башни выполнено в виде железобетонной плиты, опи-
рающейся на грунт через подушку из гравия.
В стене башни имеется вертикальный ряд разгрузочных люков
5 (рис. 191, а), закрываемых деревянными крышками. Снаружи люки
закрыты шахтой 3 в виде вертикального желоба из листовой стали.
Герметизация башни обеспечивается оштукатуриванием внутрен-
ней поверхности стен составом из 2/3 цемента марки М500 и 1/3 мелкого
кварцевого песка. Толщина слоя штукатурки 6—7 мм.
Монтаж башен производят специализированные монтажные орга-
низации «Сельхозтехника».
7.1.5. Оборудование для загрузки и разгрузки сенажных башен.
Для механизации работ по загрузке башни, разравниванию в ней
сенажа, выгрузки его и последующей транспортировки в коровники
каждая башня комплектуется следующим оборудованием: транспорте-
ром-загрузчиком башен ТЗБ-ЗО; распределителем массы в башне
РМБ-9,15; разгрузчиком башен верхним РБВ-6; транспортером кормов
ступенчатым ТКС-6.
Транспортер-загрузчик башен ТЗБ-ЗО (рис. 192)
предназначен для загрузки сенажа в башню с подачей его по трубе 3
352
на высоту до 24 м. Загрузчик представляет собой передвижной пнев-
матический транспортер, рабочими органами которого являются вен-
тилятор-швырялка 2 и подающий ленточный транспортер 4. Питание
загрузчика сенажной массой осуществляется электрифицированным
кормораздатчиком-питателем КТУ-10А или обычным мобильным кор-
мораздатчиком КТУ-10 с приводом его от АЮМ трактора.
Привод на вентилятор-швырялку осуществляется электродвига-
телем 1 мощностью 40 кВт или (при отсутствии электролинии) — от
Рис. 191. Схема бетонной
сенажной башни БС-9,15 (а)
и ее основного блока (б):
/ — бандажи металлические:
2 — лебедка; .? — шахта загру-
зочная; 4 — разгрузчик сенажа
РБВ-6; 5 — разгрузочные лю-
ки; 5 — распределитель массы
РМБ-9,15; 7 — тренога для под-
вески разгрузчика; 8 — лест-
ница наружная с площадкой;
9 — загрузочная труба; 10 —
транспортер-загрузчик пневма-
тический ТЗБ-30; 11 — транс-
портер кормов ТКС-6
МОМ трактора МТЗ-80/82. Подающий транспортер 4 опирается на
подставку 5 и приводится в работу своим электродвигателем мощностью
1.5 кВт.
Загрузчик ТЗБ-ЗО имеет производительность 30 т/ч при частоте
вращения швырялки 103 с'1 (980 об/мин).
Распределитель массы в башне РМБ-9,15 (рис. 193)
предназначен для распределения загружаемой массы равномерно по
всему сечению башни.
Распределитель ротационного типа, работает во взаимодействии
с дефлектором 11 загрузчика, жестко укрепленного на верхнем обрезе
ствола башни с помощью упора 15. Распределитель 5 состоит из ос-
12 С- В* Мельников 353
нования, рабочих органов, механизма привода и кронштейна навески.
Разбрасывающий диск приводится в движение от электродвигателя
постоянного тока мощностью 0,7 кВт, а наклонный направитель 6 —
от однофазного синхронного электродвигателя мощностью 50 Вт
(тип СД-09М, 220 В, 50 Гц,
3000 мин-1) через четырехступен-
чатый цилиндрический редуктор
и вращается с частотой 4,8 мин-1.
Электродвигатели соединены с
пультом управления двумя ка-
белями 3, оборудованными на
концах штепсельными разъема-
ми.
Рабочий процесс распредели-
теля массы протекает следую-
щим образом. Тонкоизмельчен-
ная (длина частиц 15—30 мм)
подвяленная масса (влажность
50—55%) загрузчиком ТЗБ-ЗО
подается по короткой секции за-
грузочной трубы 17 и направ-
ляющему лотку (дефлектору) на
наклонный направитель 6 рас-
пределителя 5, вращающегося с
угловой скоростью 0,5 рад/с. С
наклонного направителя масса
попадает на разбрасывающий
диск, который радиально, вее-
ром, распределяет массу от цент-
ра до стенки башни.
Рис. 192. Пневматический транспортер-загрузчик башен ТЗБ-ЗО
Положение распределителя в башне и подвижной секции 9 деф-
лектора регулируется с лестничной площадки с помощью тросов ы
двух лебедок — большой 16 и малой 13. Для безопасности работы
оператора необходимо на ограждении площадки укрепить привязные
ремни, которыми рабочий пристегивается на время пребывания его
на площадке.
Разгрузчик башен верхний РБВ-6 (рис. 194) пред-
назначен для верхней боковой выгрузки сенажа из хранилищ башен-
354
кого типа. Разгрузчик двухшнековый с однотросовой подвеской, имеет
производительность за время чистой работы 1,67 кг/с (6 т/ч), приво-
дится в работу электродвигателем мощностью 17 кВт. Масса разгруз-
чика (без лебедки) 1250 кг.
Разгрузчик состоит из двух основных частей: подвижной, вращаю-
щейся вокруг вертикальной осн, и неподвижной, подвешенной к потол-
ку башни на тросе 0 8 мм. Свободный конец троса намотан на
Рис. 193. Распределитель РМБ-9,15 массы в башне:
1 — скоба; 2 — стойка; 3 — электрокабель; 4 — кронштейн; 5 — распределитель: 6 — на-
правитель; 7 — бугель; 8 — распорное устройство; 9 — подвижная секция дефлектора;
10 — трос; // — промежуточная секция дефлектора; 12 — опорный ролик; 13 — малая ле-
бедка; 14 — основная труба; 15 — упор; 16 — большая лебедка; 17 — короткая секция за-
грузочной трубы; 18 — опора; 19 — пульт управления
барабан ручной лебедки, смонтированной на стене башни с наружной
стороны на высоте, доступной для управления положением разгруз-
чика с земли.
К опорному треугольнику 4 прикреплены выгрузная труба с деф-
лектором 1 и подвижная часть погрузчика, состоящая из вентилятора-
швырялки 12, шнеков, движителя, механизма привода с электродви-
гателем 6 и рамы 7 с противовесами.
При включении электродвигателя приводятся во вращение веду-
щее колесо 20 движителя, шнеки 16 и 17, ротор швырялки 12. Ведущее
колесо поворачивает разгрузчик вокруг вертикальной оси башни,
шнеки фрезеруют поверхностный слой сенажного монолита и транс-
портируют сенаж к швырялке. Швырялкой он выбрасывается и на-
12*
355
правляется дефлектором 1 через боковой люк в шахту, а из нее —
в мобильный кормораздатчик или через систему транспортеров ТКС-6—
непосредственно в кормушки.
Рабочими органами разгрузчика являются питатель и швырялка.
Питатель состоит из двух шнеков, рыхлителей и кожуха. Шнеки вра-
щаются в противоположных направлениях, на их витках укреплены
по 60 режущих ножей. Шнеки подают сенажную массу от периферии
к центру, подводя ее под заборное окно швырялки. На наружном
конце вала каждого шнека установлен рыхлитель-фреза с шестью
ножами, которые разрушают промерзшие слои сенажа около стены
Рис. 194. Разгрузчик башен верхний РБВ-6:
1 — дефлектор: 2 — блок подвески; 3 — токосъемник; 4 — треугольник подвески: 5 — трос
со стяжной гайкой; 6 — электродвигатель; 7 — рама; 8 — кожух; 9 ~ редуктор; 10 — щи-
ток; 11 — натяжное устройство; 12 — швырялка; 13 — щнток; 14 — кронштейн; 15 — ог-
раждение; 16 — шнек передний; 17 — шнек задний; 18 — центрирующие ролики; 19 —
штанга; 20 — ведущее колесо
башни. Режущие кромки ножей рыхлителя должны быть удалены от
стены башни не менее чем на 3 мм; это достигается правильной уста-
новкой ножей и опорных роликов.
Швырялка 12 состоит из камеры, вала-крестовины и четырех ло-
пастей. Ротор швырялки приводится во вращение сдвоенными клино-
выми ремнями от шкива электродвигателя. Ток к электродвигателю
подводится при помощи токосъемника (коллектора), смонтированного
на опорном треугольнике подвески.
7.1.6. Механизация работ по выемке, доставке и раздаче сенажа
на фермах крупного рогатого скота. Республиканское объединение
«Белсельхозтехника» и Сельхозтехпроект с учетом накопленного в
БССР опыта рекомендуют ряд технологических схем по выемке сенажа
из башен, доставке его к животноводческим помещениям и раздаче
животным. В качестве примера рассмотрим два варианта механизации
этих операций (рис. 195) в молочном комплексе на 1000 голов с раз-
мещением животных в одном моноблочном коровнике (типовой проект
356
№ 801-238). Содержание коров беспривязно-боксовое; расположение
боксов продольное. Корма раздают ленточно-тросовыми раздатчиками.
Сенаж хранится в шести башнях БС-9,15, от которых отводится двумя
транспортерами ТКС-6 в кормоприготовительный цех. Готовая кормо-
Рис. 195. Технологическая схема загрузки, выгрузки и подачи сенажа на кормовой
стол для молочных ферм на 1000 голов:
1 — бункер-дозатор кормов (проект Белорусского ПТИ); 2, 4 — скребковый транспортер
ТС-40С; 3 — шнек выгрузной: 5, 6 — дозатор концентрированных кормов (конструкции
ЦНИИМЭСХа); 7 — нория НЦГ-10; 8 — питатель-за грузчик (на базе КТУ-10); 9 — транс*
портер-загрузчик ТЗБ-30 башен; 10 — башня сенная БС-9,15; 11 — транспортер ТКС-6;
12 — бак для воды; 13 — насос; 14 — ленточный транспортер с активным сбрасывателем;
15 — бункер концентрированных кормов; 16 — измельчитель сочных кормов ИКС-5М;
17 — траиспортер-пнтатель ТК-5 корнеклубнеплодов; 18 — смеситель СМ-1,7 мелассы с кар-
бамидом; 19 — двухсторонний ленточно-тросовый транспортер (конструкции Белорусского
ПТИ); 20 — ограждения боксов; 21 — шнековый смеситель конструкции ЦНИИМЭСХа;
22 — бункер-дозатор сенажа; 23 — шнековый транспортер готовых кормов
вая смесь подается транспортером-распределителем на транспортеры-
раздатчики, идущие вдоль рядов боксов в секциях коровника.
На рис. 196 представлены возможные варианты расположения се-
нажных башен на комплексах.
7.2. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РАЗДАЧИ КОРМОВ
НА ФЕРМАХ КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА
7.2.1. Зоотехнические требования к технологии раздачи кормов и
классификация кормораздатчиков. Состояние здоровья, продуктив-
ность животных и птицы зависят не только от качества и полноценно-
сти их питания, но в значительной мере от своевременности выдачи
кормов. Нарушение технологической дисциплины обслуживающим
персоналом, распорядка дня и временных допусков приводит к раз-
рушению стереотипа в обслуживании животных, а вместе с тем и к
снижению их продуктивности. Вот почему правильная организация
раздачи кормов животным имеет весьма важное значение. По трудо-
357
Рис. 196. Варианты расположения сенажных башен на фермах и комплексах (а) и размещение оборудования (б):
1 — транспортер кормов ступенчатый ТКС-6; 2 — разгрузчик башен верхний РБВ*9*15; 3 — транспортер*загрузчик башея
ТЗБ-ЗО; 4 — янтателъ-загрузчцк кормов
емкости она составляет 30—40% от общих трудовых затрат по уходу
за животными и птицей.
К кормораздающим устройствам предъявляются следующие зоотех-
нические требования: обеспечить равномерность и точность раздачи
корма, его дозировку индивидуально каждому животному (например,
концентраты — по суточному надою) или группе животных (силос, се-
наж и другие грубые корма или зеленая подкормка); исключить за^
грязнение корма, расслаивание его по фракциям; исключить травми-
рование животных; обеспечить электробезопасность. Отклонение дозы
от предписанной нормы на 1 голову для стебельных кормов допускается
в пределах ± 15%. Возвратимые потери корма не должны превышать
гЫ%, а невозвратимые потери не допускаются. Продолжительность
операции раздачи кормов в одном помещении не должна превышать
30 мин при использовании мобильных средств и 20 мин — при раздаче
стационарными средствами.
Кормораздатчики должны быть универсальными в отношении воз-
можности выдачи всех видов кормов; иметь высокую производитель-
ность и возможность регулирования нормы выдачи на 1 голову от ми-
нимальной до максимальной в зависимости от принятого рациона;
не создавать излишнего шума в помещении; легко очищаться от ос-
татков корма и других загрязнений; быть надежными в работе, иметь
окупаемость не более 2 лет, а коэффициент готовности не менее 0,98.
Классификация кормораздатчиков, составленная по разработкам
В. Г. Кобы [9J, представлена на рис. 197.
Кормораздатчик выполняет две операции; перемещение, т. е.
транспортировку, корма от места загрузки до точки выдачи и дози-
рованное распределение его вдоль фронта кормления с выдачей в кор-
мушку порции, равной установленной норме. Функция дозирован-
ного распределения является главной и отличает кормораздаточные
устройства от обычных транспортирующих средств. Именно этим обус-
ловлено многообразие конструкций кормораздатчиков, учитывающих
различные типы животноводческих помещений, системы и способы
содержания животных и птицы, физико-механические свойства кор-
мов и способы кормления.
Рассматривая схему классификации, следует отметить, что все
кормораздатчики делятся на два типа — стационарные и мобильные.
В свою очередь мобильные могут быть прицепными, навесными, при-
водными и самоходными, а стационарные в зависимости от типа кор-
монесущего органа — механическими или транспортерными, пнев-
матическими, гидравлическими и гравитационными (самотечные).
При силосно-сенажно-концентратном и сенажно-концентратном
типе кормления на молочных фермах промышленного типа с блочной
и компактно-павильонной застройкой чаще применяют стационарные
раздатчики в сочетании с мобильными средствами доставки кормов.
Такие поточные технологические линии наиболее эффективны в экс-
плуатации, они успешно работают на молочных комплексах «Щапово»
(ВИЖ), «Ерино» (опытное хозяйство Всероссийского н.-и. института
механизации животноводства) и др. [41J.
359
Кормораздатчики
Назначение—вид раздаваемых кормов
)
_____।_____
Универсаль-
ные
Для стебель-
ных
Для корне-
клубнеплодов
Для влажных
смесей
Для сухих
сыпучих смесей
Для жидких
кормов
Способ выполнения работ
Рис. 197. Классификация кормораздатчиков (по разработкам В. Г. Кобы)
7.2.2. Стационарные кормораздатчики. На фермах крупного рога-
того скота применяют стационарные кормораздатчики — цепочно-
ленточный ТВК-80Б внутри кормушек (вместо снятого с производства
цепочно-планчатого ТВК-80А) и ленточный РК-50 над кормушками,
позволяющие раздавать все виды кормов в измельченном виде [28, 41,
55].
Раздатчик кормов РК-50 (рис. 198) в коровнике на 200 голов об-
служивает четыре кормовых ряда и состоит из двух транспортеров-
раздатчиков /, поперечного транспортера 2, наклонного транспортера 3
и пульта управления, расположенного в кормовом отделении, где
производится загрузка кормов в раздатчик. Все транспортеры ленточ-
ные, и каждый имеет свой электропривод.
Рис. 198. Стационарный раздатчик
кормов РК-50 (схема):
/ _ транспортер-раздатчик; 2 — попереч-
ный транспортер; 3 — наклонный транс-
портер; 4 — поворотный направляющий
лоток; 5 —’ кормушка
Транспортеры-раздатчики установлены над кормушками на вы-
соте 1,6—2,1 м при ширине кормового прохода до 1,4 м. Поперечный
и наклонный транспортеры расположены над транспортерами-раздат-
чиками в среднем поперечном проходе коровника.
Транспортер-раздатчик состоит из привода, секций, конвейерной
ленты, поддерживающих и опорных роликов лепты, направляющих
желобов, роликов перемещения транспортера-раздатчика и натяжного
устройства. Конвейерная прорезиненная лента — основной рабочий
орган раздатчика, она опирается на ролики и барабаны-коноиды.
Транспортер-раздатчик одновременно обслуживает одну половину
ряда и вдоль ряда перемещается по направляющим (швеллер № 6,5)
на роликах с ребордами. Привод раздатчика включает зубчатую пере-
дачу и барабаны-коноиды, на которые в два витка намотан канат (трос),
концы которого закреплены в направляющих. К направляющим также
прикреплена подвеска кабель-шторы для питания током электродви-
гателя.
При загрузке РК-50 мобильным кормораздатчиком КТУ-10 рабо-
чий процесс происходит следующим образом. Оператор, находящийся
362
в помещении коровника, включает наклонный и поперечный транспор-
теры и подает звуковой сигнал трактористу, находящемуся в кормо-
вом отделении, разрешающий включить МОМ трактора и начать вы-
грузку корма из КТУ-10 в приемный ковш РК-50. В момент поступле-
ния корма на транспортер-раздатчик оператор включает его и наблюдает
за процессом раздачи 'корма. Звуковой сигнал трактористу о пре-
кращении подачи корма подается автоматически. Тракторист выклю-
чает МОМ трактора, но корм, оставшийся на наклонном и поперечном
Рис. 199. Кормораздатчик КТУ-10:
/ _ днище; 2 — задний борт; 3 — боковой борт; 4 — иадставиой борт; 5 — ограждение пе-
редаточных механизмов; 6 — выгрузное окно; 7 — блок битеров; 8 — передний борт; 9 —
инструментальный ящик; 10 — поперечный транспортер; 11 — привод раздатчика; 12 —
тормозное устройство; 13 — вал телескопический; 14 — ходовая часть; 15 — задний фонарь
и указатель поворота
транспортерах, продолжает поступать в кормушки 5. При подходе
раздатчика в крайнее положение он автоматически выключается —
раздача корма прекращается.
По окончании раздачи корма в первый ряд кормушек 5 оператор
поворачивает направляющий лоток 4 для раздачи во второй ряд кор-
мушек, и производственный цикл повторяется. Позднее включается
в работу второй раздатчик, управление которым производится ана-
логично первому.
Норма выдачи корма регулируется изменением скорости продоль-
ного транспортера мобильного кормораздатчика КТУ-10.
7.2.3. Мобильные кормораздатчики. На фермах крупного рога-
того скота широкое распространение получили прицепные бункерные
кормораздатчики с приводом от МОМ трактора. Практика показы-
вает, что мобильные раздатчики могут применяться с наибольшей
363
эффективностью при наличии на территории фермы кормовых площа-
док и подъездных путей с твердым покрытием. Это позволяет обеспе-
чить удобный подъезд трактора с кормораздатчиком к местам скла-
дирования кормов, животноводческим помещениям, непосредственно
к кормушкам и исключить возможность загрязнения колесами агрегата
кормовых проходов в помещениях. Кормовые проходы должны иметь
ширину не менее 2 м, а кормушки — высоту задней стенки не более
0,75 м.
Рис. 200. Технологическая схема работы кормораз- .
датчика КТУ-10:
а — при боковой раздаче; б — при продольной раздаче
Внутрифермские перевозки кормов производят на небольшие рас-
стояния. Цикловая производительность мобильных кормораздатчиков
зависит главным образом от продолжительности нахождения их под
погрузкой, поэтому для загрузки необходимо иметь механические за-
грузчики.
Кормораздатчик тракторный универсальный КТУ-10 (рис. 199)
предназначен для перевозки и раздачи в кормушки на одну или на
две стороны измельченных стебельных кормов. Он представляет со-
бой двухосный прицеп на рессорах и пневматических шинах.
Основные узлы машины: ходовая часть 14 с днищем 1, привод,
раздающие устройства 7 и 10, тормозная система и система электро-
оборудования.
Ходовая часть с днищем включает оси с колесами, рессоры, тягово-
сцепное устройство и два совместно работающих цепочно-планчатых
364
полотна продольного транспортера с натяжным устройством. К при-
воду кормораздатчика относятся: вал 13 телескопический, привод 11
раздатчика (передает вращение от телескопического вала к редуктору
и поперечному транспортеру 10), приводы продольного, выгрузного
транспортеров, конический редуктор и привод блока 7 битеров.
Транспортерно-битерное дозирующе-выгрузное устройство состоит
из блока битеров и поперечного транспортера 10; оно работает в соче-
тании с продольным транспортером. При раздаче корма на две стороны
устанавливают два малых полотна, а при раздаче на одну сторону —
одно общее полотно, собранное из двух малых.
"^77
а ь
Рис. 201. Установка собачек на храповом механизме при регулировании подачи
и движении продольного транспортера вперед (а) или назад (б):
1 — максимальная; II — минимальная подача
Технологическая схема работы кормораздатчика КТУ-10 приве-
дена на рис. 200. При боковой раздаче в кормушки продольный транс--
портер подает кормовой монолит в бункере вперед по ходу трактора,
т. е. к блоку битеров и поперечному транспортеру. При продольной
раздаче корма «на пол» или в сдвоенные кормушки с низкими бортами,
над которыми может проходить кормораздающий агрегат, направ-
ление движения продольного транспортера меняется путем переста-
новки кожуха храпового механизма (рис. 201) с поворотом его против
часовой стрелки.
Норма выдачи корма регулируется изменением скорости движе-
ния продольного транспортера и поступательной скорости агрегата
(трактора).
Настройка храпового механизма на норму выдачи корма произ-
водится путем установки фиксатора 1 кожуха 2 храпового колеса 4
на секторе против соответствующего деления шкалы. При этом со-
бачки 3, связанные с кривошипно-шатунным механизмом, за каждый
ход поворачивают храповое колесо 4 на соответствующий угол.
365
Кормораздатчик КТУ-10 агрегатируется с трактором типа «Бела-
русь», его обслуживает один тракторист. Корма раздают при движении
агрегата в помещении на первой передаче, на открытой площадке —
на второй.
Грузоподъемность кормораздатчика 3500 кг, максимальная вме-
стимость бункера с надставными бортами 10 м3. Колея колес 1600 мм,
транспортный просвет 300 мм.
7.3. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РАЗДАЧИ КОРМОВ
НА СВИНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМАХ
7.3.1. Особенности технологии раздачи кормов в свиноводстве.
В зависимости от принятого способа кормления свиней и вида корма
(жидкие, сухие корма или влажные мешанки) применяют специа-
лизированные средства раздачи кормов.
Кормление животных может производиться или в помещениях
свинарников, в которых они содержатся, или в отдельных помещениях,
оборудованных групповыми кормушками. При этом преобладают кор-
мораздающие устройства стационарного типа, среди которых особое
место занимают гидротранспортные и пневмогидротранспортные уста-
новки, получившие распространение на свиноводческих комплексах.
7.3.2. Стационарные кормораздающие устройства. Гидротранспорт-
ные установки. Технологические схемы транспор-
тирования и раздачи жидких кормов по трубам
сжатым воздухом или насосами представлены на рис. 202. Из смесителя 1
(рис. 202, а) готовый корм подается в промежуточную емкость 2, откуда
он самотеком поступает в один из продувочных котлов (камерный
питатель) 3. Перед продувкой закрывают вентиль на трубе между
котлом 3 и емкостью 2 и открывают вентиль на воздухопроводе от
ресивера 9, связанного с компрессором 10. Корм под давлением воздуха
по магистральному кормопроводу 4 нагнетается в бункеры-накопители
б, установленные на свинарниках. В случае необходимости при пере-
ключении магнитного клапана корм можно направить в самокормушки
5, расположенные на кормовых площадках между свинарниками. Из
бункера-накопителя 6 корм перед раздачей самотеком поступает в кор-
мопровод-дозатор 7, вместимость которого регулируется в соответствии
с нормами кормления и обслуживаемым поголовьем. Дно кормопро-
вода-дозатора по фронту кормления имеет выпускные окна, перекры-
тые заслонками, соединенными с тяговым тросом. Все окна открываются
одновременно, автоматически, в результате кормушки 8 заполняются
по всему фронту кормления.
Вместимость продувочного'котла принимают равной объему корма
на одно кормление животных, размещенных в свинарнике. Котел
снабжают улавливателем посторонних предметов в виде отстойника
на 0,5 м3. Кормопровод изготовляют из стальных нли асбоцементных
труб 0 75—150 мм.
366
При перекачке корма по трубам после раздачи часть его остается
в кормопроводе. Для удаления остатков корма систему промывают
водой; при этом часть корма теряется. Избежать потерь корма можно,
если использовать резиновые разделительные шары и оборудовать
Рис. 202. Схемы раздачи жидких кормов по трубам:
а — сжатым воздухом; б — насосом
систему пускоулавливающим устройством этих шаров, разработан-
ным НИПТИМЭСХом Нечерноземной зоны РСФСР. При подаче корма
с помощью разделителей кормопроводы после раздачи остаются чис-
тыми.
Магистральные кормопроводы на комплексах имеют протяжен-
ность до нескольких сот метров. На них нужно устанавливать компен-
367
саторы, обеспечивающие изменение длины кормопровода в зависимости
от колебаний температуры, а также устройства для отвода воздуха
(вантузы). Через 40—50 м следует устанавливать также патрубки
с глухими крышками, позволяющие в случаях закупорки труб про-
изводить очистку их и промывку линии.
На рис. 202,б показана технологическая схема раздачи жидких
кормов (комбикорм разбавлен водой в соотношении 1 : 3) в свинар-
никах второго периода супоросности на комплексах «Кузнецовский»,
«Восточный», «Ильиногорский» и др. (на 108 тыс. свиней). Из кормо-
приготовительного цеха (см. раздел 5.1.4.) жидкий корм подается
в свинарники по кормопроводу 4 насосом.
Вся система раздачи может работать в автоматическом режиме
с управлением с пульта в кормоприготовительном отделении и с руч-
ным управлением на месте. После каждой раздачи кормопровод за-
полняют водой для исключения закисания остатков корма.
При работе в автоматическом режиме оператор с пульта управ-
ления в кормоприготовительном отделении (в другом помещении)
подает команду, по которой в свинарнике начинает движение по зуб-
чатой рейке — селекторная тележка (на схеме не показана).
Перемещаясь параллельно рядам кормушек, селекторная тележка
открывает и закрывает быстродействующие задвижки на кормопро-
воде 4, в результате кормушки последовательно заполняются кормом.
Пройдя вдоль всего помещения, тележка автоматически переключается
и возвращается в исходное положение. Таким образом, система авто-
матического управления обеспечивает раздачу жидких кормов в сви-
нарниках без вмешательства человека.
Стационарный раздатчик кормов РКС-3000М
предназначен для раздачи сухих, влажных и сочных кормов в свинар-
никах-откормочниках при кормлении животных многокомпонентными
смесями. Кормораздатчик состоит из приемного бункера-дозатора 1
(рис. 203), наклонного транспортера 3 загрузки, раздаточной плат-
формы 6, секционных кормушек 4 и электроприводов с пусковой ап-
паратурой.
Платформа 6 движется возвратно-поступательно в сплошном желобе
по направляющим над двусторонними кормушками 4. Над платфор-
мой шарнирно подвешены скребки 5, которые могут отклоняться в одну
сторону. Металлические секционные кормушки 4 со стороны подхода
животных прикрыты шарнирно-подвешенными металлическими ре-
шетками.
Привод механизмов осуществляется от трех электродвигателей
общей мощностью 7,4 кВт.
Технологический процесс раздачи кормов осуществляется следую-
щим образом. Приготовленные корма поступают из кормоцеха и загру-
жаются в приемный бункер-дозатор 1, откуда шнеком 2 подаются на
цепочно-скребковый транспортер 3 загрузки. Далее корм через вы-
грузное окно 7 поступает на движущуюся возвратно-поступательно
раздаточную платформу 6, длина которой равна половине длины ряда
кормушек.
368
При движении платформы с кормом к крайней кормушке скребки
этой половины ряда подняты. Когда платформа доходит до конца ряда,
то они опускаются и при обратном движении платформы сбрасывают
с нее корм в кормушки 4. Одновременно на освободившуюся часть
платформы транспортер 3 загружает корм для второй половины ряда
кормушек. Кормораздатчик РКС-3000М может обслуживать фронт
кормления 65—79 м при поголовье 1000—2000 животных.
Групповое нормирование осуществляется путем изменения произ-
водительности в пределах от 1,4 до 2,8 кг/с за счет перемещения ши-
Рис. Технологическая схема раздатчика кормов РКС-3000М
берпых заслонок в выходном окне бункера-дозатора или установки
сменной звездочки в приводе на шнек 2 на выходном валу редуктора.
Кормораздатчик обслуживается одним человеком. Время цикла
раздачи 20—30 мин.
Установки для раздачи сухих кормов пред-
ставляют собой развитые поточные технологические линии, включаю-
щие участки приема, складирования, подачи и распределения кормов
по фронту кормления. На рис. 204 представлена схема установки,
применяемой в свинарниках для поросят-отъемышей на комплексах
мощностью 108 тыс. свиней. Участок загрузки и приема комбикорма
представлен загрузчиком сухих кормов ЗСК-Ю и бункером БСК-Ю.
Загрузчик кормов смонтирован на шасси автомобиля ЗИЛ-130 и состоит
из трехсекционного бункера 1 с заслонками 5 (рис. 204, а), сборного
шнекового транспортера 2 и механизма привода. Выгрузной механизм
может подавать корм на высоту от 1,5 до 6,5 м. Управление загрузчи-
ком осуществляется из кабины автомобиля.
Бункер 3 марки БСК-Ю квадратного сечения предназначен для
хранения сухих кормов, оборудован датчиками верхнего и нижнего
уровня и шнековым разгрузочным транспортером 4.
369
Участок складирования включает бункера-накопители 6
(рис. 204, б) с направляющими кожухами 4. По принятой схеме корм-
ления поросятам-отъемышам скармливают три типа комбикормов:
СК-И, СК-16 и СК-21, в соответствии с этим в линию включены три
бункера-накопителя вместимостью по 9,3 м3 каждый. Участок подачи
комбикормов (транспортировки внутри помещения) включает привод-
ную станцию 8, три питателя 7, установленные под бункерами, и
тросово-шайбовый транспортер 3, смонтированный на семи поворотных
блоках 10 и представляющий собой замкнутый контур. Это позволяет
а
Рис. 204. Установка для
загрузки (о), складирова-
ния, подачи и распреде-
ления (б) сухих комби-
кормов
по окончании раздачи собрать оставшийся в раздатчике корм обратно,
в соответствующий бункер-накопитель через заслонку 5.
Участок распределения (раздачи) состоит из четырнадцати распре-
делительных шнеков 2 с кормушками 9. Корм тросово-шайбовым
транспортером 3 загружается в распределительные шнеки 2 через
разгрузочные заслонки 1 с электромагнитным приводом, действующие
автоматически.
В каждом из трех корпусов для поросят-отъемышей имеется по
четырнадцать секций и в каждой секции содержится по 600 голов,
размещенных в 24 групповых станках по 25 голов в каждом. Секция
заполняется за два дня, т. е. на участок ежедневно поступают 300 по-
росят согласно графику основного производственного потока
(см. рис. 5). В торце корпуса размещены установки для раздачи сухих
комбикормов.
370
Двусторонние бункерные самокормушки 9 с распределительными
шнеками 2 (рис. 204, б) одновременно служат ограждающими кон-
струкциями станков. Каждая кормушка обслуживает два соседних
станка. Таким образом, каждая установка обслуживает свои семь
секций. Фронт кормления каждого станка разделен на четырнадцать
ячеек длиной по 0,154 м каждая.
Под каждым бункером 6 установлены питатели 7, оборудованные
ворошилками. Через питатель проходят рабочая (верхняя) и холостая
(нижняя) ветви тросово-шайбового транспортера (раздатчика) 3. По-
дача корма на транспортер регулируется изменением ширины загрузоч-
ной щели в питателе.
Тросово-шайбовый раздатчик представляет собой стальную оцин-
кованную трубу с внутренним 057 мм, в которой поступательно дви-
жется трос, защищенный снаружи пластиком. На тросе укреплены
шайбы из полимерного материала. Диаметр шайб 50,8 мм, шаг 101,6 мм.
Раздатчик работает от приводной станции, размещенной в заглуб-
ленном на 1,5 м отсеке здания. Пульт управления линией установлен
здесь же на площадке, примыкающей к общему коридору. Управле-
ние осуществляется с пульта в трех режимах: автоматическом, местном
и ручном.
Для подачи комбикорма нужного рецепта оператор на пульте
устанавливает порядок работы распределительных шнеков, открывает
верхний и нижний затворы питателя, пускает в действие ворошилку
питателя, тросово-шайбовый транспортер и открывает разгрузочную
заслонку 5 на обратной ветви транспортера во избежание закупорки
его кормом.
Для загрузки самокормушки 9 открывают заслонку 1 и пускают
в работу шнек 2, который заполняет кормушку через разгрузочные
отверстия. В секциях здания, обслуживаемых одной установкой, еже-
дневно работают по 12—14 распределительных шнеков.
Системой машин на 1976—1980 гг. предусмотрены разработка и
производство новых средств для раздачи сухих комбикормов в свино-
водстве, среди которых видное место занимают раздатчики с шайбовыми
кормонесущими органами и дозирующими емкостями. На рис. 139
были показаны тросово-, цепочно-, штангово-шайбовые транспортеры-
питатели. Такие конструкции оказались удобными для раздачи кор-
мов в свинарниках-маточниках при содержании маток в индивидуаль-
ных станках типа ОСМ-60, ОСМ-120, СОИЛ-2 (см. рис. 20) и др. Для
этих целей промышленностью освоен выпуск тросово-шайбовых раз-
датчиков ТШ-5 и разработай унифицированный ряд устройств для
выдачи рассыпных или гранулированных комбикормов в кормушки
для свиней и овец.
Автоматические раздатчики комбикормов
РКА-2000 и РКА-1000 (конструкции ВИЭСХа) имеют одинаковую кон-
структивно-технологическую схему стой лишь разницей, что РКА-2000
предназначен для выдачи комбикормов в двухрядные желоба-кормуш-
ки, а РКА-1000 — для выдачи корма непосредственно на пол станка
при напольном кормлении свиней на откорме.
371
Рассмотрим устройство и работу автоматического раздатчика
РКА-1000 (рис. 205), основными узлами которого являются: приемные
бункера 2, кормопроводы 3 с дозирующими емкостями 4, штангово-
шайбовый транспортер 1, поперечный горизонтальный скребковый
транспортер 8 и электрооборудование.
Приводная станция 13 с электродвигателем мощностью 3 кВт
сообщает штангово-шайбовому транспортеру возвратно-поступатель-
ное движение со скоростью 0,08—0,12 м/с путем реверсирования
Рис. 205. Кормораздатчик РКА-1000
цов. Внутри каждого дозатора щ
с поводком), жестко связанный
электропривода с помощью двух ко-
нечных выключателей 15 и электри-
ческой станции управления.
Кормораздатчик состоит из двух
кормопроводов (труба 050 мм),
подвешенных к перекрытию помеще-
ния на высоте 1,2 м от пола. Внутри
кормопровода возвратно-поступа-
тельно с амплитудой, равной немно-
го больше половины его длины, дви-
жется штанга с шайбами, закреп-
ленными на расстоянии 50 мм друг
от друга. Концы штанг обоих кор-
мопроводов соединены тяговыми
цепями 6, которые вместе с блоками
5 и звездочками 14 образуют замк-
нутый контур с натяжным устрой-
ством 12 у приводной станции 13.
Через каждые 3 м к кормопро-
воду подвешены цилиндрической
формы объемные дозаторы 4 (дози-
рующие емкости), открытые с тор-
юется затвор (скребок-выталкиватель
с тягой. Одни концы тяги затворов
обоих кормопроводов соединены между собой соединительной цепью
7, а другие — с ползунковыми устройствами 11. При блокировке тяги
через один из двух ползунов со штангой все затворы приводятся
в движение, и скребки выталкивают корм из дозаторов одной поло-
вины каждого кормопровода.
По нижней образующей трубы кормопровода в местах подвески
объемных дозаторов на кормопроводе вырезаны выгрузные щели (дли-
ной 220 мм и шириной 25 мм), через которые корм поступает в дозаторы,
заполняя их последовательно один за другим при рабочем движении
штанги в направлении от приемного бункера. Выгрузные щели пере-
крываются регулирующими заслонками 16, перестановкой которых
изменяют длину выгрузного отверстия, устанавливая ее в соответ-
ствии с заданной нормой выдачи корма.
Рабочий процесс автоматического кормораздатчика протекает сле-
дующим образом. Из наружного бункера 10 корм загружается на-
клонным шнековым 9 и горизонтальным скребковым 8 транспортерами
372
в приемные бункера 2. По заполнении последнего бункера в нем сра-
батывает датчик верхнего уровня корма, и загрузка автоматически
прекращается.
При включении электродвигателя приводной станции 13 приходит
в движение штангово-шайбовый транспортер 1, который увлекает корм
из нижнего желоба приемного бункера 2 и транспортирует его по кор-
мопроводу 3 всегда в направлении от бункера.
На верхней проекции раздатчика показан кормопровод в разрезе
в тот момент, когда штанга движется слева направо; кормом запол-
няется правая половина кормопровода при закрытых выгрузных от-
верстиях. В это время в левой половине кормопровода выгрузные
отверстия открыты, корм поступает в дозаторы, и скребки затворов
выталкивают его из дозаторов.
Когда штанга в рассматриваемом кормопроводе придет в крайнее
правое положение, ее передний конец во втором кормопроводе придет
в крайнее левое положение, т. е. загруженной кормом окажется левая
половина второго кормопровода. После срабатывания на этом кормо-
проводе конечного выключателя 15 штанга пойдет в обратном направ-
лении, и рабочий цикл повторится. Выдача корма будет происходить
из другой половины соответствующего кормопровода.
Кормораздатчики РКА-1000 установлены в экспериментальных
свинарниках-автоматах на 2000 голов в совхозе им. Моссовета Л1ос-
ковской области и на 13500 голов в Тамбовском райспецхозобъедине-
нии (поселок Новая Ляда). В первом случае поголовье обслуживает
один оператор, во втором — четыре. Затраты труда на 100 кг прироста
массы составляют 0,53 чел.-ч.
7.3.3. Мобильные кормораздатчики. В настоящее время промыш-
ленность производит тракторные кормораздатчики КУТ-ЗА, КРС-1 и
РМК-1,7, а также электрифицированные раздатчики-смесители РС-5А
и КС-0,4 с кабельным питанием от сети переменного тока. Все они
предназначены для транспортировки и раздачи сухих и полужидких
кормовых смесей при содержании свиней в индивидуальных или
мелкогрупповых станках. Наряду с этим имеются новые модели более
производительных раздатчиков — КУТ-ЗБ, КУТ-ЗБМ и РКА-8, смон-
тированных на шасси грузовых автомобилей [41]. Эти машины по наз-
начению аналогичны загрузчику сухих кормов ЗСК-10 (см. рис. 204)
и предназначены для транспортировки кормов на относительно боль-
шие расстояния (на откормочные пункты молодняка крупного рога-
того скота, выгульные площадки животноводческих ферм всех видов
и в летние лагеря) и загрузки в бункера стационарных кормораздатчи-
ков жома, силоса, измельченных зеленой массы и грубых кормов.
Кормораздатчик универсальный трактор-
ный КУТ-ЗА (рис. 206, а) полунавесной, работает с трактором типа
«Беларусь». Он имеет дозирующе-выгрузное устройство транспортерно-
шнекового типа с регулированием нормы выдачи корма путем изме-
нения сечения выгрузного окна заслонками.
Основные узлы машины: рама 7 с опорными колесами, бункер 6
вместимостью 3 м3, скребковый транспортер 5, выгрузное устройство,
373
состоящее из выгрузного шнека 2 с лотками 8 и заслонки 4 с рукоят-
кой 3, а также механизмы привода от МОМ 1 трактора через редуктор
ю
Рис. 206. Мобильные бункерные кормораздатчики для свиноферм:
д — тракторный КУТ-ЗА; б — электрифицированный РС-5А; в — автомобильный РКА-8
11 на шнек и скребковый транспортер. В нерабочем положении рама
раздатчика опирается на домкрат 10.
374
В верхней части бункера 6 расположено загрузочное окно, закрытое
крышкой. Перед загрузкой бункера эту крышку открывают, а заслонки
4 выгрузных окон закрывают. Дл'я равномерного размещения корма
по бункеру или перемешивания при загрузке разных кормов скребко-
вый транспортер 5 включают в работу, не производя выгрузки корма.
Перед раздачей корма или выгрузкой его в приемный бункер стацио-
нарного раздатчика выдвигают и опускают лотки 8, открывают заслон-
ку 4 рукояткой 3 и включают пониженную передачу.
Кормораздатчик КУТ-ЗА позволяет раздавать корм на одну и две
стороны. Управление шнеками производится рычагом 9 из кабины
водителя.
Раздатчик-смеситель РС-5А (рис.. 206, б) смешивает
и раздает полужидкие корма одновременно в два ряда индивидуальных
или групповых кормушек в свинарниках с узкими кормовыми прохо-
дами. Раздатчик представляет собой электрифицированную самоход-
ную двухосную тележку, передвигающуюся по рельсовому пути,
проложенному от кормоцеха до свинарников и в помещениях вдоль
рядов станков.
Основные узлы раздатчика: бункер 1 вместимостью 0,8 м3; мешалка
2; выгрузные раздаточные шнеки /2; колесные пары — ведущая 13 и
холостая 14; червячный редуктор 4, конический редуктор 10, электро-
двигатель 11, а также механизмы привода, управления и электро-
пульт 3.
Рычаги управления (6 — мешалкой, 5 — шнеками, 7 — заслонками
в выгрузных окнах, 8 — перемещением раздатчика) расположены у
сидения оператора.
Бункер 1 цилиндрической формы горизонтальный, сверху имеет
загрузочное окно, а внизу — два выгрузных отверстия с патрубками,
соединенными с выгрузными шнеками 12. По центральной оси бункера
на двух опорах расположен вал с лопастями, установленными по вин-
товой линии. Причем на одной половине вала навивка правая, а на
другой левая, что обеспечивает интенсивное перемешивание загру-
женного корма.
Норма выдачи корма регулируется поворотом заслонок (шиберов)
в местах присоединения выгрузных шнеков.
Электрооборудование раздатчика состоит из электродвигателя,
пусковой и защитной аппаратуры и аппаратуры управления. Электро-
двигатель подключен к сети кабелем, размещенным в специальном же-
лобе и удерживаемым кронштейном 9.
Раздатчик кормов автомобильный РКА-8
(рис. 206, в) предназначен для выдачи измельченных грубых и сочных
кормов в кормушки и загрузки приемных бункеров стационарных раз-
датчиков на откормочных и молочных фермах крупного рогатого
скота. Раздатчик смонтирован на шасси автомобиля ГАЗ-53-02 и имеет
технологическую схему, аналогичную раздатчику КТУ-10.
Металлический бункер 3 образован двумя основными — задним 1
и надставными 2 — бортами и днищем 4 с продольным транспортером,
который в отличие от транспортера раздатчика КТУ-10 движется
375
равномерно, так как вместо храпового механизма с собачками в кине-
матическую схему включен планетарный многоскоростной редуктор,
позволяющий регулировать скорость продольного транспортера в ши-
роких пределах.
Нормы выдачи кормов варьируют в пределах: для силоса — 4—30
кг/м; жома — 3—30 кг/м, сенной резки — 1—6 кг/м. Корм выдается
выгрузными транспортерами 5 на обе стороны. Дозирующе-выгрузное
устройство транспортерно-битерного типа, аналогичное КТУ-10; раз-
ница состоит лишь в том, что все рабочие органы включаются в работу
раздельно. Включение производит водитель из кабины автомобиля.
Грузоподъемность раздатчика 3500 кг, вместимость бункера 8 м3,
массовый расход до 3,3 кг/с.
7.4. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РАЗДАЧИ КОРМОВ
НА ПТИЦЕФАБРИКАХ
В зависимости от способа содержания птицы в птичниках при-
меняют как стационарные, так и мобильные кормораздатчики.
При напольном содержании, кур-несушек в широкогабаритных
птичниках ранее применяли ленточно-тросовые кормораздатчики с ра-
бочим органом, размещенным в деревянном желобе, а при напольном
выращивании бройлеров — кормораздатчики колебательного типа.
В последние годы в связи с переходом птицефабрик на сухое кормле-
ние птицы получили распространение более совершенные цепочно-
шайбовые кормораздатчики, показанные ранее в поточных техноло-
гических линиях на рис. 23 и 26.
В комплектах оборудования ЦБК-10 и ЦБК-20 для механизации
процессов при напольном выращивании в птичниках на 10 или 20 тыс.
бройлеров предусмотрен цепочно-шайбовый кормо-
раздатчик. Рабочим органом кормораздатчика служит кругло-
звенная цепь 1 якорного типа (рис. 207, а) с шайбами, движущаяся
в кормопроводе 2 и загружающая бункерные кормушки, выполнен-
ные в виде конуса 5. Проволочное ограждение 3 препятствует вска-
киванию птицы на кормовую чашу 4.
Кормораздатчик состоит из четырех линий, соединенных в птич-
нике в два замкнутых контура (см. рис. 23). Кормопровод и кормушки
подвешены на канатно-блочной системе, что позволяет быстро регули-
ровать лебедкой положение кормушек по высоте в зависимости от
возраста птицы. Кроме того, всю систему можно легко поднять к по-
толку при отлове птицы и смене подстилки.
Вместимость конической кормушки 4,2 кг, скорость движения
цепи 2,1 м/с. Время цикла раздачи кормов с наполнением 360 кор-
мушек, имеющихся в комплекте ЦБК-20, составляет 1,3 ч.
Навесные кормораздатчики (рис. 207, б) приме-
няют в комплектах оборудования для клеточного содержания кур-
несушек в батареях типа КБН (см. рис. 25) и молодняка в батареях
типа КБУ-3.
376
Рис. 207. Схемы кормораздатчиков, применяемых на птицефабриках:
а — цепочно-шайбовым; б — навесной трехъярусный бункерный
6
Кормораздатчик представляет собой П-образную сварную конструк-
цию, навешиваемую на каркас батареи. Он смонтирован на тележке 6,
колеса 7 которой перекатываются по верхним продольным уголкам
каркаса. В зависимости от числа ярусов клеток в батарее кормораз-
Рис. 208. Поточная
линия раздачи сухих
комбикормов в бункер-
ные кормушки для
Сройлеров:
а — общий вид; б — про-
дольный разрез загру-
зочного спирально-вин-
тового транспортера с
дотирующими емкостями
датчик имеет по три или четыре бункера 12 с каждой стороны батареи.
Бункеры заполняются кормом через загрузочный лоток 13 и короб 11
последовательно.
При выдаче зерна, гранул или сухих мучнистых кормов массовый
расход корма регулируют открытием заслонок, имеющихся в каждом
бункере. Выдача происходит самотеком при движении раздатчика
378
вдоль батареи. Одновременно корм цепью 9 разравнивается в кор-
мушках, ограниченных с торцов стенками 10.
Устойчивость хода раздатчика обеспечивается направляющими
роликами 8.
В настоящее время, используя зарубежный опыт механизации
птицеферм, ученые и конструкторы нашей страны разрабатывают
конструкции спирально-винтовых кормораздат-
чиков сухих сыпучих кормов.
Рабочим органом такого раздатчика является гибкий пластиковый
кормопровод 2 (рис. 208) со спиралью <3 из проволоки круглого, пря-
моугольного или трапецеидального сечения.
Из расходного бункера 1 корм подается гибким спирально-винто-
вым загрузочным транспортером в приемные бункера 4 спирально-
винтовых кормораздатчиков 5, питающих бункерные кормушки 6.
Спирально-винтовые раздатчики просты по устройству, работают
бесшумно, не пылят, достаточно надежны.
7.5. ТЕОРИЯ И РАСЧЕТ КОРМОРАЗДАТЧИКОВ
7.5.1. Общие положения. На основании фундаментальных иссле-
дований акад. ВАСХНИЛ П. М. Василенко, профессоров А. М. Гри-
горьева, Р. Л. Зенкова, А. О. Спиваковского и ряда других ученых
создана общая теория грузоподъемных и транспортирующих машин и
механизмов. Изучая особенности технологического процесса транспор-
тирования и распределения кормов по фронту кормления, многие
исследователи посвятили свои труды разработке конструкций и обос-
нованию конкретных методов проектирования и расчета различных
типов кормораздающих и дозирующих устройств. В этом направлении
значительный вклад внесли ученые В. А. Гамалицкий, В. Г. Коба
19], В. В. Красников, В. С. Краснов, А. А. Омельченко [55], Н. И. Кло-
ков, Л. М. Куцын, Ф. С. Лихачев, А. А. Яворский и др.
Выбор механизированных средств раздачи кормов осуществляют
в зависимости от способа содержания животных и птицы, режимов и
рационов кормления, консистенции кормов, а также состава и структу-
ры поточных линий кормоприготовления, с которыми линии погрузки,
транспортирования, складирования и распределения кормов непосред-
ственно стыкуются.
Общее размещение средств раздачи кормов в помещениях и ком-
поновка их в поточных линиях определяются нормами технологиче-
ского проектирования НТП-СХ [8, 24] и зоотехническими требова-
ниями.
Качество выполнения процесса характеризуется равномерностью
распределения корма по фронту кормления и точностью выдачи за-
данной дозы в соответствии с принятыми нормами кормления. Нерав-
номерность распределения корма вдоль ряда кормушек допускается
для стебельных кормов ±15%, для концентратов ±5%. Погрешность
при дозировании комбикормов допускается не более 5%, а потери
379
кормов — не более 1 %. Отклонения компонентов от нормы, выражен-
ные в кормовых единицах, не должны превышать 5—8%.
С целью упорядочения кормления, устранения потерь кормов и
совершенствования производственной эксплуатации технологического
оборудования в животноводстве ученые в настоящее время разраба-
тывают научно обоснованную систему технологических допусков.
В частности, разрабатываются допуски на неравномерность распреде-
ления корма по фронту кормления и на точность настройки кормо-
раздающих механизмов. Известно, что как недокорм, так и перекорм
животного ведет к снижению уровня продуктивности.
7.5.2. Расчет линии раздачи кормов с ленточными раздатчиками.
Суточную норму расхода z-го вида корма на одну голову /-й поло-
возрастной группы животных или птицы обозначим через qt (кг).
При этом массовый суточный расход Qz. сут z-го вида кормов составит
Qi. сут=£ q
где АП/ — число голов /-й группы на ферме.
Суммарный суточный расход кормовых смесей составит
k
Ссут = У Qi.сут»
i = 1
где k — число разных видов кормов в готовой смеси.
Разовая дача корма Qpa3 (кг) всему поголовью за одно' кормление
будет
<2раз = <2сут//<р. (288)
где Кр — кратность кормления (Kp — 2—3).
Такое количество корма необходимо выдать всему поголовью фермы
за время t& кормления, продолжительность которого предусмотрена
распорядком дня фермы.
Расход кормораздающей системы 1ГК_ с (кг/с), т. е. поточных линий
всех животноводческих помещений, составит
^K.c = QpaA. (289)
Для случая, когда корм от мест хранения доставляют к животно-
водческим помещениям тракторными кормораздатчиками, на ферме
потребуется пк таких кормораздатчиков
пк = Гк.с/Гм.к, (290)
где Ц7„.к — расход одного мобильного (бункерного) раздатчика, кг/с.
Расход мобильного кормораздатчика определяется по формуле
^м.к = УРЛифзап/^, (291>
где V — вместимость бункера, м3;
р — плотность укладки корма в бункере, кг/м3;
ka — коэффициент использования рабочего времени (ka = 0,75—
0,8);
380
фзап — коэффициент заполнения бункера (фзап — 0,8—0,9);
/ц — время цикла, с.
Время цикла включает время загрузки /загр бункера кормом, время
передвижения tn нагруженного агрегата со скоростью иагр и время
холостого хода /х х при скорости иХЛ, а также время разгрузки /разг,
равное времени раздачи корма в кормушки или перегрузки его в при-
емный бункер стационарного кормораздатчика.
При указанных обозначениях время цикла ta определяется по фор-
муле
~ ^загр + /разг + ЖгР) + (//Ух.х), (292)
где I — длина пути, м.
Расход стационарных кормораздающих устройств, расположенных
непосредственно в кормушках (типа ТВК-80Б), определяют с учетом
скорости транспортирования корма вдоль фронта кормления и массы
корма, приходящейся на одно скотоместо.
По опытным данным, оптимальная скорость ленты или платформы
раздатчика равна около 0,5 м/с.
А. А. Омельчёнко и Л. М. Куцын 155] рекомендуют определять рас-
ход стационарных кормораздатчиков по формуле
^с.к = (293)
где 7м — масса корма, приходящаяся по норме на 1 м длины кормушки,
или расчетная линейная плотность корма, кг/м;
vt — скорость транспортирующего органа, м/с;
kCK — коэффициент снижения скорости корма из-за скольжения
его по ленте транспортера (буксование) (£ск = 0,94—0,98).
Расчетная линейная плотность корма определяется по отношению
7м = дтйЦл, (294)
где 7 — норма разовой выдачи корма на одну голову согласно ра-
циону, кг;
тп — число голов на одно кормоместо;
/к — длина кормоместа, м.
При проектировании поточных линий со стационарными раздатчи-
ками необходимо знать число кормораздающих линий в животновод-
ческом помещении, которые могут обеспечить раздачу корма в соответ-
ствии с установленной нормой, а также плотность размещения жи-
вотных или посадки птицы на единицу полезной площади помещения.
Полезная площадь Sn животноводческого помещения равна
<$„ = LnBa Snp,
где Ln и Вп — длина и ширина помещения, м;
Snp — площадь проходов и тамбуров, м2.
Плотность б (годов/м2) размещения животных или посадки птицы
на единицу площади помещения составляет
6 = mn/(LnB„-Snp), (295)
где та — число голов в помещении.
381
Тогда необходимое число пл линий в одном помещении будет равно
= /ф.к^^п = ^ф.к^п^п/(^п^п *^пр)>
где /ф к — удельный фронт кормления, т. е. длина кормушки, при-
ходящейся па 1 голову по нормам технологического проектирования, м.
7.5.3. Расчет мобильных бункерных кормораздатчиков. При про-
ектировании бункерного кормораздатчика требуется определить необ-
ходимый объем бункера, скорости транспортеров и линейную плот-
ность распределяемого корма, исходя из потребной производительно-
сти и зоотехнических требований (нормы и продолжительность корм-
ления).
Определим геометрический объем бункера, вместимость которого
должна быть достаточной (при одноразовой загрузке бункера), чтобы
обслужить полностью одну или несколько линий раздачи в одном по-
мещении, а при малом массовом расходе — одно или несколько поме-
щений. Иначе говоря, вместимость бункера должна быть равной или
кратной массе корма, потребного для выдачи его в один ряд стойл,
станков или клеток.
При этом условии потребная масса (кг) корма в бункере опре-
делится по формуле [9]:
^6 = <7/.pmy.pnpfe3, (296)
где р — разовая дача корма (норма выдачи), кг на 1 голову;
щу р — число голов в ряду;
пр — число рядов обслуживаемых животных в помещении;
k3 — коэффициент запаса корма (k3 = 1,05—1,1).
Объем Уб бункера найдем по формуле У5 = Мб/( рсрзап), или, с уче-
том формулы (296), получим
Уб = ?/.р"’/.р«рМрФзап)- (297)
Из конструктивных размеров бункера расчетом определяют его
длину 16, а ширина Ьб и высота /?6 выбираются с учетом ширины кор-
мовых проходов в помещениях и высоты проемов въездных ворот,
предусмотренных в типовых проектах животноводческих помещений,
1б = У6/(Ьб/гб). (298)
Далее требуется определить скорость Уп (м/с) продольного транс-
портера, с которой монолит корма в бункере перемещается к дози-
рующе-выгрузному устройству. Она должна быть достаточной для
того, чтобы обеспечить распределение корма по фронту кормления
с линейной плотностью qM (кг/м). При этом агрегат, состоящий из трак-
тора и кормораздатчика, движется вдоль ряда кормушек со скоростью
иагр (м/с). Непрерывность процесса раздачи будет обеспечена, если
подача корма продольным транспортером будет равна подаче кормо-
раздающего агрегата, т. е. должно быть выполнено условие
7о^п = ^М^агр, (299)
где <70 — масса корма, приходящаяся на 1 м перемещения монолита
в бункере.
382
При высоте монолита h, ширине b и перемещении его на 1 м масса
q0 составит
<7о = blip. (300)
Из формулы (299) найдем необходимую скорость уп подающего
транспортера, которая с учетом формулы (300) будет
г»п = (?м/до) Чтр = q№vaTp/(bhp). (301)
Если учесть возможное отставание кормового монолита от цепи
продольного транспортера и оценить это отставание коэффициентом
k0 = 0,94—0,96, а также учесть возможность буксования трактора
в помещении и снижение его скорости оценить коэффициентом k5 =
= 0,95—1 [4], то при односторонней выдаче корма расчетная формула
для определения средней скорости продольного транспортера будет
иметь вид
fn.cp = <7MfarpM№pko)- (302)
При наличии в кинематической схеме привода транспортера хра-
пового механизма действительная скорость его будет изменяться от
нуля до максимального значения, т. е. 0 < цп>ср < ип,тах. Получен-
ная по формуле (302) средняя скорость равна половине ^п.тах-
Для случая двусторонней раздачи скорость продольного транс-
портера, т. е. перемещения корма, должна быть увеличена вдвое.
Это обеспечивается механизмом регулирования расхода.
Согласно технологическому процессу бункерного раздатчика би-
тера отделяют порции корма от основного монолита, рыхлят его и
перебрасывают на выгрузной цепочно-планчатый транспортер, подача
которого должна быть равна подаче продольного транспортера и согла-
сована с поступательной скоростью агрегата. Это требование будет
выполнено при условии
МлЛЛ = bhpvnk0 = quvarpk6, (303)
где br — ширина желоба выгрузного транспортера, м;
h-L — высота слоя корма на выходе из желоба, м;
v в т — скорость выгрузного транспортера, м/с;
/?ск — коэффициент скольжения корма (£ск = 0,8—0,97);
kK — коэффициент, учитывающий потери конструктивного объе-
ма желоба выгрузного транспортера при размещении в нем
тяговой цепи с планками (kK = 0,95—0,98).
Расчетная формула для скорости увт выгрузного транспортера
будет иметь вид
Ув.т^^м^.-грМЬЛр/гсЛ). (304)
Для кормораздатчика КТУ-10 приняты следующие скорости: цп =
= 0,011—0,11 м/с, ивт = 1,68 м/с, иагр = 1,7 м/с.
7.5.4. Особенности рабочего процесса мобильных кормораздат-
чиков. Аналитическое описание рабочего процесса бункерных кормо-
раздатчиков с транспортерно-битерным дозирующе-выгрузным уст-
383
ройством наиболее полно представлено в работах В. Г. Кобы [9]. Он
показал, что транспортерно-битерный механизм (рис. 209, а) имеет
серьезные недостатки, обусловленные пульсирующим движением про-
дольного транспортера, неравномерностью плотности укладки бурта
и другими причинами. Для повышения равномерности распределения
корма при раздаче его целесообразно заменить более эффективным
дозирующе-выгрузным устройством транспортерного типа (рис. 209, б)
с одним или двумя' транспортерами.
В дозирующе-выгрузном механизме блок битеров отделяет пор-
ции корма от надвигающегося на него монолита и передает их на вы-
грузной транспортер.
Рис. 209. Схемы дозирующе-выгруз-
ных устройств:
а — транспортерно-бнтерного; б — транс-
портерного: / — бункер; 2 — продольный
транспортер; 3 — выгрузной транспортер;
4 — блок битеров; 5 — кормоотделители
Из схемы сил, действующих со стороны пальца, видно, что отде-
ление порций корма от монолита происходит под воздействием окруж-
ного усилия Р пальцев, составляющими которого являются горизон-
тальная Рх и вертикальная Ру силы. Горизонтальная составляющая
в I квадранте направлена по ходу бурта корма и стремится отделить
от него частицы, соприкасающиеся с пальцем, и затем перебросить их
на выгрузной транспортер. В IV квадранте эта составляющая направ-
лена против поступательной скорости подающего транспортера и не
отделяет частицы от монолита, а наоборот, внедряет их в пограничную
зону,тормозя перемещение корма в бункере. Внедренные в пограничную
зону частицы протаскиваются пальцами битеров внутрь нее,
при этом затрачивается бесполезная работа, не связанная с процессом
отделения и раздачи корма.
Вертикальная составляющая окружного усилия Ру в обоих квад-
рантах, контактирующих с обрабатываемой поверхностью монолита,
направлена вверх и стремится расслоить частицы корма и тем самым
уменьшить связность монолита в пограничной зоне.
384
Частицы корма, захваченные пальцами, увлекаются ими в отно-
сительное вращательное движение и испытывают действие центро-
бежной силы Рц. Горизонтальная составляющая Рц х центробежной
силы в обоих квадрантах направленная против движения бурта и,
так же как Рх в IV квадранте, оказывает отрицательное влияние на
процесс отделения кормовой массы от основного монолита и подачи ее
на выгрузной транспортер.
Недостатки битерного механизма могут быть устранены, если вра-
щательное движение пальцев в кормовой массе заменить поступатель-
ным движением, при котором силы инерции не будут оказывать отри-
цательного действия.
На рис. 209, б показана схема работы дозирующе-выгрузного уст-
ройства транспортерного типа, счесывающие транспортеры-кормоот-
делители которого оборудованы гребенками с пальцами. Важное зна-
чение имеют расположение счесывающего кормоотделителя в поперечно-
вертикальной плоскости и выбор места для установки его нижнего
вала относительно плоскости расположения продольного транспор-
тера. Установлено, что при выбранных скоростях движения транспор-
теров оптимальные условия отделения частиц корма от монолита
наблюдаются при отклонении плоскости движения пальцев счесываю-
щего транспортера на угол 10—20° от вертикали в сторону движения
кормового бурта. При этом обеспечивается равномерная подача корма
на выгрузной транспортер при наименьшей затрате энергии. Опыты
показали, что такой кормораздатчик вполне работоспособен на раз-
даче как измельченных, так и неизмельченных стебельных кормов.
При раздаче влажных мешанок, измельченных корнеплодов, жома и
других кормов подобной структуры кормоотделитель должен быть
установлен под углом 5° к вертикали.
В схему дозирующего устройства раздатчика входят подающий
продольный транспортер и один иди два транспортера-кормоотдели-
теля. Точность дозирования зависит от правильного выбора конструк-
тивно-технологических параметров.
Из теории рабочего процесса дозирующего устройства раздатчика
с транспортерами-кормоотделителями следует, что нормальная работа
его на выдаче стебельных кормов обеспечивается при условии
^.о = (ук.оЮ> 1, (305)
где ик>0 — скорость движения рабочего элемента кормоотделителя,
м/с.
Расход такого дозирующего устройства определяют по формуле,
предложенной В. Г. Кобой,
№к.о = Ь/грк.оДхоик.о/(лг + /1С0), (306)
где Рк.о — плотность укладки корма на гребенках кормоотделителя,
кг/м3;
Дх0 — величина внедрения конца пальца счесывающей гребенки
в кормовой бурт при его перемещении за один оборот
транспортера, м;
13 С. В. Мельников
385
г — радиус звездочки транспортера-кормоотделителя, м;
/к.о — межцентровое расстояние валов транспортера, м.
7.5.5. Определение допусков на качество технологического про-
цесса. Применительно к процессу раздачи кормов оценочными показате-
лями качества его выполнения являются равномерность распределе-
ния корма по фронту кормления, или равномерность массового рас-
Рис. 210. Характеристики полей двусторонних технологических допусков:
а — с асимметричным распределением параметра х: б — симметричный допуск с нормальным
распределением параметра х; в — допуск на настройку раздатчика и неравномерность проте-
кания рабочего процесса х (I)
хода его, и точность дозирования. Дополнительными оценочными по-
казателями являются допустимые временные нормы на отклонения
в режиме обслуживания животных, предусмотренном распорядком
дня на ферме.
Технологические допуски — это такие установленные опытом или
расчетом границы для значений оценочных показателей рабочей ма-
шины (или механизма), при которых она способна выполнять заданные
функции, сохраняя свои эксплуатационные свойства в течение требуе-
мого времени при определенных условиях работы.
386
При оценке технологических параметров кормораздаточных линий
следует различать допуски по назначению: 1) контрольный допуск
±Д (рис. 210), представляющий собой норматив на неравномерность
изменения регламентируемого параметра, или поле допуска; 2) уста-
новочные допуски на уровень настройки, представленные выраже-
ниями Л„ = тх — хн; Дс = тх — хс = | тх — хн I + I бс =
— тх — хс = | тх — хн I + । 6С |, где тх — математическое ожида-
ние параметра х; хн — номинальное (расчетное) значение параметра;
хс — значение параметра, соответствующее середине поля допуска;
хс — середина поля рассеивания; бс = | хс — хн | — координаты се-
редины поля допуска; бс = | хс — хн | — координата середины поля
рассеивания.
Кроме того, следует различать допуск на точность настройки кор-
мораздатчика по параметру ДстЛ. == ол. — sx, где av — генеральное
среднеквадратическое отклонение (или заданное его значение); sx —
выборочное (опытное) среднеквадратическое отклонение параметра.
По принятой классификации все допуски делятся: на односторон-
ние и двусторонние (рис. 210, б) — в зависимости от характеристики
поля; симметричные и несимметричные (рис. 210, а) — в зависимости
от расположения поля и центра распределения значений параметра х
относительно его номинального значения х„; с нормальным (рис. 210, б)
или асимметричным распределением (рис. 210, а) — в зависимости
от закона распределения рассматриваемого технологического пара-
метра.
Для оценки качества выполнения процесса раздачи кормов наиболь-
шее практическое значение имеют двусторонние симметричные до-
пуски с нормальным распределением. Исследования процесса раздачи
силоса раздатчиком ТВК-80А и комбикорма — спирально-винтовым
раздатчиком, проведенные на кафедре механизации животноводческих
ферм ЛСХИ, показали, что показатели равномерности распределения
и точности дозирования кормов устойчиво следуют нормальному за-
кону распределения.
Для технологических параметров, представляющих собой случай-
ные величины в вероятностно-статистическом смысле, границы двусто-
роннего допуска могут быть определены с помощью метода доверитель-
ных границ и толерантных пределов. Если случайная величина х рас-
пределена нормально, то по выборке объема п > 30 с вероятностью
у границы двустороннего допуска определяются по выражению
х — и, (sx/Vп) < тх<х + и i + v (s.v/]/n),
2 2
где тх и х — генеральное (нормативное) и выборочное среднее зна-
чение параметра;
t/i + v — квантили нормального распределения, определяемые
~2 х
по таблицам;
5Л. — выборочное значение среднеквадратического отклонения
параметра.
13*
387
При этом двусторонний допуск Д* на равномерность распределения
корма при доверительной вероятности у будет равен
= | — х I = — »1 + г «)• (307)
2
При той же доверительной вероятности границы двустороннего
допуска Да на точность настройки кормораздатчика могут быть оп-
ределены по выражению
Дах = | — Sx | = ± Ul + v (s.v/У 2 (« — 1)),
2
где аЛ- — генеральное среднеквадратическое отклонение параметра при
непрерывном распределении корма.
Полученные упомянутым методом характеристики поля допусков
отражают статическую картину процессов и не учитывают изменения
их внутренней структуры в динамике, т. е. во времени выполнения
рассматриваемых технологических процессов. Динамика поведения
интересующего нас параметра процесса, как случайной величины,
изучается с привлечением теории выбросов в случайных процессах.
Развертка процесса во времени (рис. 210, в) с изображением на ней
всех изменений исследуемого параметра позволяет определить, как
часто параметр выходит за границы установленного допуска (зоны
выбросов на графике заштрихованы), относительную длительность
превышения уровня Д, среднее число выбросов в единицу времени.
Сведения, полученные с привлечением теории выбросов, имеют
важное практическое значение, так как необходимы для разработки
автоматических систем управления технологическими процессами и
установления режимов работы автоматических регулирующих уст-
ройств.
Раздел 8
МАШИНЫ И УСТАНОВКИ ДЛЯ СБОРА, УДАЛЕНИЯ,
ОБРАБОТКИ И ХРАНЕНИЯ НАВОЗА
8.1. ТЕХНОЛОГИЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ УБОРКИ НАВОЗА
8.1.1. Навоз и его свойства. Навоз — это ценное органическое
удобрение, содержащее все питательные вещества, необходимые для
роста растений. Суточный выход навоза колеблется в широких преде-
лах, так как он зависит от системы и способов содержания животных
(на подстилке или без подстилки), от вида и половозрастной группы
животных, от состава кормов в рационе и способов кормления, а также
от степени концентрации поголовья и объема производства.
388
Так, ВНИИМЖ рекомендует делить (условно) фермы и комплексы
крупного рогатого скота на следующие категории (табл. 29).
Таблица 29. Классификация ферм и комплексов
крупного рогатого скота в зависимости от выхода навоза
Категория Поголовье коров Суточный выход навоза, т
Ферма: мелкая До 200 До 10
средняя 200—400 10—20
крупная 400—600 20—30
Комплекс: небольшой 800-1200 30—60
средний 1200—2000 60—100
крупный 2000—6000 100—300 и
выше
Примерное количество QcyT (кг) навоза, получаемое от одного жи-
вотного за сутки, может быть определено по формуле
QcyT = 4(0,5£Kc.B + /7c.B), (308)
где Кси — сухое вещество кормов в рационе, кг;
/7,в — сухое вещество подстилки, кг.
Годовой выход Qroa навоза определяют по формуле
С1од = (7э + 7м + 7в + Л)О/и, (309)
где q3 — среднесуточное выделение экскрементов от одного животного,
кг (табл. 30);
q№ — суточный выход мочи на 1 голову, кг;
qn — суточный расход воды на удаление навоза от одного живот-
ного, кг;
П — суточная норма подстилки на 1 голову, кг;
D — число дней накопления навоза;
т — число животных в помещении.
Различные виды подстилки поглощают неодинаковое количество
жидкости. Так, солома, опилки и измельченные стружки поглощают
воду в количестве, в 2—4 раза превышающем их массу (при влажно-
сти 10—14%), а сухой верховой торф — в 5—7 раз. Примерные нормы
расхода подстилки приведены в табл. 30.
Убирают стойла и заменяют подстилку утром и вечером (перед
дойкой). В течение суток выход навоза идет неравномерно. Больше
30% суточного выхода у коров наблюдается в часы кормления. В стой-
ловый период коровы выделяют экскременты до 10—15 раз в сутки;
основная масса их (до 85%) приходится на полосу (вдоль навозного
прохода) шириной 0,5 м на расстоянии 1,5—2 м от кормушки
(см. рис. 12).
389
Таблица 30. Среднесуточное выделение экскрементов животными
и требуемое количество подстилки
Животные Экскременты, кг Подстилка, кг
твердые жидкие Солома Торф
Крупный рогатый скот 20—30 10-15 4-5 6—8
Лошади 15—20 4—6 2—4 5-6
Овцы 1,5-2,5 0,6—1,0 0,5-1 0,8—1
Свиньи на откорме 1,2—2,5 2,5—4,5 2,0-3 3—4
Свиноматки с поросятами 3,7—3,6 3,6—3,4 5—6 6-8
В связи с переводом животноводства на промышленную основу и
значительной концентрацией поголовья на крупных фермах и ком-
плексах вместо обычного твердого (подстилочного) навоза стали полу-
чать жидкий, бесподстилочный. Поэтому в настоящее время существуют
две совершенно различные технологии сбора, удаления и обработки
с получением твердого или жидкого навоза.
8.1.2. Структурно-механические свойства навоза. Навоз представ-
ляет собой сложную полидисперсную систему, включающую твердые,
жидкие и газообразные вещества. Основной характеристикой навоза
является его влажность, которая зависит от влажности экскрементов
(табл. 31), вида и количества вносимой подстилки и главное от при-
нятой системы содержания животных.
Таблица 31. Первоначальная влажность экскрементов
животных (по данным В. Н. Письменова)
Животные Влажность, %
кала МОЧИ смеси мо- чи с калом
Крупный рогатый скот 83—84 94,8—95 86—87
Свиньи 76—78 94—95 87—88
Овцы 67—69 94—95 74—75
Лошади 71—72 95—96 77—79
Влажность Ва навоза определяют по следующей формуле [581:
Вк = В3 - 0,01рп (В, - Вп) + 0,01рв (100 - В3), (310)
где В9, Вп — влажность экскрементов н подстилки, %;
Рп, Рв — процентное содержание в навозе подстилки и воды.
Для определения влажности бесподстилочного навоза И. Н. Ба-
цанов и И. И. Лукьяненков рекомендуют пользоваться следующей
формулой:
= МиВ, + 100 (Мв + Мсм)/(М9 4- Л1₽ 4- Мсм), (311)
390
где /?н, В3 — влажность жидкого навоза и экскрементов, %;
Л4Н, Л1В, —соответственно масса жидкого навоза (смеси),
воды, попавшей из поилок и при мойке оборудо-
вания, и воды, затрачиваемой на смыв навоза из
каналов, кг.
При расчете влажности свиного навоза авторы рекомендуют при-
нимать на одну откормочную свинью массой 40—50 кг: М.л = 5 кг,
В3 = 87%, Л4В = 5 кг; Л4СМ = 15—20 кг (при смыве навоза из каналов
через насадки) и Mzit~ 5—7 кг (при использовании смывных бачков).
Плотность соломистого навоза крупного рогатого скота колеблется
от 530 до 890 кг/м3 при изменении его влажности от 75 до 85%.
Плотность жидкого навоза крупного рогатого скота и овец составляет
1010—1020 кг/м3, свиного навоза — 1050—1070 кг/м3, куриного по-
мета — от 700 до 1005 кг/м3.
Исследованиями установлено, что средний размер частиц чистого
навоза крупного рогатого скота составляет 2,6 мм, а свиного навоза
0,63—1,24 мм [58]. Однако в жидком навозе крупного рогатого скота
содержится много крупных включений от остатков корма, которые
засоряют решетки полов, каналы и в целом нарушают нормальную
работу гидротранспортной системы навозоудаления. Так, установлено,
что волокнистых частиц длиной более 100 мм в навозе крупного ро-
гатого скота содержится более 30% от общего количества длинных
частиц. На рис. 211, а показаны кривые осаждения частиц (А) свиного
навоза при разной влажности его [51].
На эффективность работы механических средств навозоудаления
существенно влияют трение навоза по рабочим поверхностям и его
липкость, численные характеристики которых зависят прежде всего
от влажности. Влажность навоза, при которой коэффициент трения
принимает свое максимальное значение, С. Е. Маркарян называет
критической Вкр. Так, при движении бесподстилочного навоза крупного
рогатого скота по стали, бетону и сосновой доске критическая влажность
соответственно составляет 64,6; 67,6 и 60,4%, а коэффициенты трения
равны 0,9; 1,04 и 1,2.
Для свежего соломистого навоза крупного рогатого скота коэф-
фициент f трения Я. Г. Озолс предлагает определять по формуле
/ = X + filga, (312)
где а — давление в плоскости сдвига, 102 Па;
А и Б — опытные коэффициенты.
Для навоза влажностью от 80 до 84% при скорости перемещения,
равной 0,3 м/с, и при изменении давлений ст от 0,3 до 10 кПа коэффи-
циенты имеют следующие значения: для стали — А — 1; Б = 0,3;
бетона — А = 1,16; Б — 0,39; для дерева — А = 1,04; Б — 0,34.
Значения коэффициента трения скольжения для соломистого на-
воза находятся в пределах (по В. Э. Вейнла): по металлической по-
верхности— 0,7—1,3; по дереву — 0,6—1,2; по бетону — 0,6—1,4.
Значительное влияние на коэффициент трения оказывает состояние
поверхности трения. Так, при длительной эксплуатации навозных же-
391
Лобов с деревянной обшивкой значения f снижаются на 25—30%.
Аналогичное явление наблюдается и при бетонных поверхностях.
Значения коэффициента f„ трения покоя больше коэффициента
трения скольжения для торфяного навоза на 5—15%, соломистого
на 15—30% и экскрементов на 30—40%.
Навозная масса также характеризуется коэффициентом липкости
или усилием, необходимым для отрыва пластины от налипшей на
нее навозной массы при определенных начальном давлении на пластину
Рис. 211. Реологические характе-
ристики жидкого навоза:
а — кривые осаждения свиного навоза
при влажности: / — 95,3%; 2 — 91,5%;
3 — 86,8%; б — кривые изменения ко-
эффициента липкости от влажности на-
воза: / — свиного; 2 — коровьего; в —
кривые изменения вязкости свиного (/)
и коровьего (3) навоза, а также пре-
дельного напряжения (2) сдвига ко-
ровьего навоза от влажности
и времени контакта. Наибольшее усилие прилипания к навозу харак-
терно для резины и дерева. Наименьшее прилипание у полиэтилена
и винипласта. Для навоза крупного рогатого скота и свиней макси-
мальная липкость наблюдается при влажности навоза около 85 и 75%
соответственно. При этом максимальное значение показателя липкости
находится около 6 кПа для коровьего навоза и 3 кПа для свиного
(рис. 211, б).
Жидкий навоз представляет структурированную грубодисперсную
систему, которая оценивается двумя реологическими характеристи-
ками: структурной вязкостью т] (Па -с) и предельным напряжением
сдвига т0 (Па). Наиболее надежными оценками реологических пара-
метров являются те, которые получены из экспериментов, проведенных
на трубах различного диаметра, так как на результаты измерений
с помощью ротационных вискозиметров оказывают влияние не только
гранулометрический состав, влажность и температура навоза, но и
392
конструктивные параметры самого вискозиметра (зазор между бара-
банами). С уменьшением влажности навозной массы ее вязкость т]
н предельное напряжение сдвига т0 возрастают. При этом в диапазоне
влажности 84—86% значения т] резко возрастают, что свидетельствует
о потере свойства текучести.
С возрастанием температуры значения г] и т0 уменьшаются, причем
наиболее резко при температурах в диапазоне от 278 до 306 К.
Разрушению пространственной структуры навоза с повышением
температуры способствует наличие в нем крупных включений, вы-
зывающих в этих условиях быстрое расслоение смеси с образованием
в верхних слоях прочной корки из волокнистых частиц.
У свежего жидкого коровьего навоза вязкость изменяется от 0,3
до 7,8 Па -с при снижении влажности от 94,5 до 84% (рис. 211, в).
Свиной навоз содержит в пять раз меньше коллоидов, и его струк-
тура почти в полтора раза слабее структуры навоза крупного рогатого
скота. Поэтому он имеет значительно меньшее предельное напряже-
ние сдвига и вязкость. При уменьшении влажности свиного навоза от
94 до 84% вязкость возрастает от 0,2 до 1,6 Па -с, а предельное напря-
жение сдвига — от 10 до 210 Па.
После хранения жидкого навоза в течение 3—4 мес значения ха-
рактеристик т) и т0 снижаются. Свежий навоз крупного рогатого скота
рекомендуется транспортировать при влажности выше 89%, а сви-
ной — выше 84% [58].
8.2. ТЕХНОЛОГИЯ СБОРА, УДАЛЕНИЯ, ОБРАБОТКИ
И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НАВОЗА
8.2.1. Технологические схемы навозоудаления. Погрузочно-разгру-
зочные и транспортные работы составляют около 40% всех затрат
труда на фермах; из них примерно половина приходится на удале-
ние навоза.
Выше было отмечено наличие в животноводстве двух технологий
сбора, удаления и обработки навоза в зависимости от способа содер-
жания животных (с применением подстилки или без подстилки). Раз-
личие между ними легко проследить по представленной схеме (рис. 212),
на которой отмечены все основные последовательно выполняемые опе-
рации.
В зависимости от конкретных условий применяют следующие тех-
нологии удаления и обработки навоза.
1. Технология сбора, удаления, хранения и внесения в почву
твердого подстилочного навоза.
2. Технология сбора и удаления жидкого бесподстилочного навоза
с, приготовлением, хранением и внесением в почву твердого ком-
поста, полученного с использованием торфа, резаной соломы, опилок,
других компостируемых материалов и минеральных удобрений (фос-
форитная мука).
3. Технология сбора и удаления жидкого бесподстилочного навоза
с хранением и внесением его в почву в жидком виде.
393
Подстилка
Экскременты
твердый жидкий
Технологические
Доставка и рас-
пределение под-
стилки
Погрузка на складе
Т ранспортировка
к животноводческим
помещениям
Разбрасывание
в стойлах
Хранение
Доставка торфа и ми-
неральных удобрений
Смывная вода
Погрузка в транспорт-
ные средства
Приготовление
компоста
Транспортировка в поле Погрузка
Внесение в почву Транспортировка и
и внесение в почву
операци ч
Уборка помещений Удаление из помещений Транспортировка по системе навозэ- проводов
Смыв экскрементов с пола в каналы Наблюдение за са- мотечной системой На очистные сооружения
Накопление навоза в каналах Очистка каналов Периодический выпуск навоза из каналов через шлюзовые затворы На поля орошения
На поля фильтрации
Хранение в буртах Транспортировка из поперечного коллектора в на- возосборник
На фабрику торфо- навозных компостов
Погрузка
Очистка коллек- тора На станцию перера- ботки: биологической биохимической электрической термической
Т ранспортировка и внесение в почну
Рис. Схема технологического процесса уборки, удаления, хранения и утилизации навоза на фермах и комплексах
4. Технология сбора и удаления бесподстилочного навоза с разде-
лением его на твердую и жидкую фракции, с последующим хранением и
внесением каждой фракции раздельно (раздельный способ утилизации).
Первая схема применяется преимущественно при привязном со-
держании крупного рогатого скота, при беспривязном содержании
на глубокой несменяемой подстилке, а также в птичниках с напольным
содержанием птицы.
Вторая схема применяется на крупных фермах и комплексах,
преимущественно с беспривязным боксовым содержанием крупного
рогатого скота и при достаточной обеспеченности компостируемыми
материалами.
Третья схема применяется на специализированных фермах и не-
больших комплексах при условии, что весь выход жидкого навоза
может быть использован в качестве удобрения внутри хозяйства без
накопления его излишков.
Четвертая схема с разделением жидкого навоза на фракции яв-
ляется наиболее типичной для крупных животноводческих комплек-
сов, оборудованных специальными системами очистных сооружений.
После разделения навоза твердая фракция используется как обыч-
ный твердый навоз на удобрения, а жидкая фракция подвергается
сложной обработке с целью ее обеззараживания, дезодорации и ос-
ветления.
В общем случае технологический процесс уборки навоза из живот-
новодческих помещений, удаления его к местам обработки и хранения
с последующим внесением в почву в качестве органического удобре-
ния можно разделить на следующие операции (рис. 212): доставка и
распределение подстилки; уборка помещений; транспортировка к мес-
там разгрузки и временного хранения; обработка навоза с целью
приготовления высокоэффективного органического удобрения; погруз-
ка и транспортировка навоза в поле и внесение его в почву. При
содержании крупного рогатого скота на привязи навоз из стойл
убирают 2—3 раза в сутки за пределы коровника — в навозохрани-
лища или на специальные площадки для компостирования. При бес-
привязном содержании на глубокой подстилке навоз убирается 2—3 ра-
за в год, а на выгульных площадках — ежедневно или через несколько
дней в зависимости от времени года.
При беспривязном боксовом содержании коров навоз из помещений
для отдыха животных, выгульно-кормовых и преддоильных помещений,
а также со скотопрогонных дорог удаляют один раз в 2—3 дня.
При содержании животных на щелевых полах навоз накапливается
в каналах, откуда удаляется с помощью гидротранспортной системы
или транспортерами, уложенными в закрытые каналы-коллекторы.
8.2.2. Классификация навозоуборочных средств. Представленная
на рис. 213 классификация включает механическую и гидравлическую
системы средств механизации для сбора и удаления навоза. В свою
очередь механическая система включает мобильные и стационарные
средства, применяемые для сбора, удаления и обработки как твердого,
так и жидкого навоза.
395
Рис. 213. Классификация навозоуборочиых средств
В соответствии с технологией навозоуборочные средства различают
по их назначению: для очистки помещений; для накопления и удаления
навоза; для транспортировки его и обработки с целью последующей
утилизации. Помимо средств, предназначенных для ежедневных опе-
раций по очистке и удалению навоза, имеются средства для периоди-
ческого удаления слежавшегося навоза из коровников при содержании
коров на глубокой несменяемой подстилке, для очистки от навоза
выгульных дворов, удаления глубокой несменяемой подстилки и по-
мета из птичников (см. рис. 26).
8.3. МОБИЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ УБОРКИ НАВОЗА
К мобильным навозоуборочным средствам относятся бульдозерные
навески БН-1, тракторные погрузчики-бульдозеры ПБ-35 и погруз-
чик фронтальный перекидной ПФП-1,2.
Производительность трактора с навесным скребком определяется
с некоторым приближением величиной машинного времени, затрачи-
ваемого на удаление 1000 кг навоза,
/6= 1000/б/(^цб), (313)
где 1б — время, затрачиваемое на удаление из коровника 1000 кг
навоза бульдозером, с;
— средняя длина пути перемещения навоза, м;
q6 — количество навоза, убираемое за 1 рабочий ход буль-
дозера, кг;
1000/<7б — число рейсов, совершаемых для уборки 1000 кг навоза;
v6 — средняя рабочая скорость трактора с бульдозером, м/с.
Сопротивление движению навоза, перемещаемого тракторным на-
весным скребком на выгульной площадке с твердым покрытием или
в навозном проходе коровника, определяется по формуле
Р = 9,8адтМ, (314)
где k6 — коэффициент, учитывающий угол постановки скребка
(табл. 32);
/ст — коэффициент трения покоя;
М — масса тела волочения, кг.
При уборке навоза бульдозером желательно применять скребок
совкообразной формы, так как чем больше навоза будет лежать на
самом скребке, тем меньше сопротивление.
Таблица 32. Значения коэффициента Кв
Навоз Угол постановки рабочего органа
0° 15° 30° 45®
Соломистый 1 0,85 0,75 0,65
Торфяной 1 0,95 0,85 0,70
Экскременты 1 0,95 0,90 0,80
397
Масса тела волочения перед скребком будет зависеть от длины пути
волочения, ширины захвата агрегата и периодичности уборки навоза
с площадок.
Мобильные средства применяются как при привязном, так и бес-
привязном содержании для сбора подстилочного навоза. Навозные
проезды должны иметь ширину от 2,2 до 2,7 м. Для того чтобы избе-
жать охлаждения помещений, въездные ворота делают вагонного типа
и оборудуют воздушными защитными завесами с забором воздуха
из средней части помещения.
73000
Рис. 214. Технологическая схема бульдозерной уборки подстилочного навоза на
комплексе совхоза «Скреблово» Ленинградской области:
1 — бульдозер; 2 — разбрасыватель торфа; 3 — кормораздатчик
В качестве примера на рис. 214 показана схема бульдозерной убор-
ки подстилочного навоза из коровника молочного комплекса совхоза
«Скреблово» Ленинградской области. Комплекс на 800 голов имеет
два коровника с различным расположением рядов боксов и кормушек.
Уборка навоза производится трактором МТЗ-50 с бульдозерной на-
веской БН-1. Этот же трактор в агрегате с полуприцепом 1-ПТУ-4
разбрасывает сухую торфяную подстилку в навозных проездах и бок-
сах. Уборку навоза и внесение подстилки производят один раз в два
дня. Из коровников навоз выталкивается на примыкающую к торцу
здания бетонированную площадку, где накапливается в течение двух
месяцев и затем вывозится в полевые бурты.
398
8.4. СТАЦИОНАРНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ УБОРКИ
И УДАЛЕНИЯ НАВОЗА, ИХ УСТРОЙСТВО И РАСЧЕТ
8.4.1. Цепочно-скребковые транспортеры. До настоящего времени
для уборки навоза из коровников при привязном содержании животных
широко применяют цепочно-скребковые транспортеры кругового дви-
жения ТСН-ЗБ с разборной пластинчатой цепью и ТСН-2 с более
прочной безразборной цепью. ТСН-ЗБ состоит из горизонтального
транспортера, контур цепи которого охватывает два ряда стойл, и на-
клонного (с. отдельным электроприводом) для погрузки собранного
4
Рис. 215. Конструктив-
но-технологические
схемы навозоубороч-
ных скребковых тран-
спортеров:
а — ТСН-160 (кругового
Движения); б — УН-3
(возвратио-поступа те л fa-
ного движения); в — уста-
новка УСН-8 поперечная
с ковшовым скрепером
(воэвратно-поступа тел fa-
ного движения); / —
продольный транспортер;
2 — наклонный транспор-
тер; 3 — натяжное уст-
ройство: 4 — скрепер по-
перечного транспортера
ун-з
навоза в транспортные средства. Транспортер ТСН-2 имеет один контур
цепи, состоящий из горизонтальной и наклонной частей транспортера
с одним общим электродвигателем.
Взамен транспортеров ТСН-ЗБ и ТСН-2 промышленность начала
выпуск новых, более совершенных транспортеров ТСН-160, основным
отличием которых является применение более надежной круглозвен-
ной цепи якорного типа. Транспортер ТСН-160 (рис. 215, а) состоит
из горизонтального и наклонного транспортеров с отдельными приво-
дами. Звенья цепи (16 X 80 мм) изготовлены из прутка 0 20 мм.
Горизонтальный транспортер состоит из цепи со скребками, поворот-
ных устройств и автоматического самонатяжного устройства гравита-
ционного действия. Консольно укрепленные на цепи скребки переме-
щают навоз в сторону наклонного выгрузного транспортера. Он при-
водится в работу от электродвигателя мощностью 4 кВт через клиноре-
399
менную передачу, редуктор и ведущую звездочку. Скорость движения
скребков 0,19 м/с, шаг скребков 1 м.
Наклонный транспортер состоит из привода, цепи со скребками,
стрелы в виде желоба с поворотной звездочкой и опоры. Скорость
движения цепи 0,72 м/с. Натяжение цепи наклонного транспортера
осуществляется винтом. Мощность электродвигателя 1,5 кВт.
Расчет цепочно-скребковых транспорте-
ров сводится к определению подачи, тягового сопротивления и обо-
снованию выбора мощности электродвигателя.
Подачу Q (кг/с) транспортера определяют по формуле [28]
Q = hbpvk, (315)
где h — высота перемещаемой призмы, или тела, волочения, м;
b — ширина навозной канавки, равная 0,32 м при глубине 0,12 м;
р — плотность для навоза подстилочного р — 600—900 кг/м3,
для жидкого — 1000—1070 кг/м3;
v — скорость цепи транспортера, м/с;
k — коэффициент подачи.
При этом k = fej, fe2, ks, kit k:„ где = 0,5 — коэффициент заполнения ка-
навки; k2 = 1,13 — коэффициент, учитывающий уплотнение навоза при его переме-
щении скребком; ks = 0,9—0,95 — скоростной коэффициент; fe4 = 0,97 — коэффи-
циент, учитывающий объем канавки, занятый цепью со скребками; fe5 =0,8 — 1 —
коэффициент, учитывающий угол подъема наклонного транспортера.
Тяговое сопротивление Р (Н) движению транспортера находят
по формуле
Р^Р. + Р^Р. + Р. + Р,, (316)
где Pt — сопротивление от трения навоза о канавку, Н (Рг —
= hbL pgf cos р, где L — длина пути перемещения навоза, м;
g = 9,81 м/с2; f — коэффициент трения навоза о желоб;
в зависимости от влажности f = 0,71—1,3 (по дереву); р —
угол подъема навоза, т. е. угол установки наклонного тран-
спортера);
Р2 — сопротивление от трения навоза о боковые стенки канавки
[Р2 = /г2 pgLft, cos р, где £ — коэффициент бокового давле-
ния, равный
С=Ф(1 + ft,)-/(1-Дн)(/ВН-Г) -/вн-ЖнЭ;
ф— динамический коэффициент, равный 1,5—1,8; /вн — коэф-
фициент внутреннего трения навоза];
Р3 — сопротивление от подъема навоза наклонным транспортером
(Р3 = hbL pg sin Р);
Pt — сопротивление от перемещения цепи транспортера (Р4 =
= SguLi cos р, где gu — удельная сила тяжести 1 м цепи со
скребками, Н/м; — расстояние между осями звездочек, м);
Р5 — сопротивление от перемещения навоза в направлении на-
тяжной звездочки (Р5 = 0,25 Р4).
400
Мощность двигателя Мдв (кВт)
Мдв = 6/МЮ2пт),
(317)
на скребок транспортера
где k — коэффициент, учитывающий сопротивление от натяжения
на приводной звездочке (k = 1,1);
г|т — КПД передачи.
При этом скорость цепи v = 0,15—0,2 м/с, а КПД передачи г|т =
= 0,75—0,85.
Высота скребка транспортера должна быть в пределах от г/2 до 2/3
глубины навозной канавы, а длина скребка должна обеспечивать
зазор между его концом и стенкой кана-
вы в 0,015—0,025 м при уборке соломи-
стого навоза и 0,005—0,01 м при уборке
экскрементов и торфяного навоза.
При работе горизонтального цепоч-
но-скребкового транспортера консоль-
ный скребок отклоняется от нормали к
стенке навозной канавы.
Для обеспечения нормальных усло-
вий работы скребка необходимо, чтобы
tg а < tg ф2 (рис. 216), т. е. чтобы
скольжение навоза вдоль скребка от-
сутствовало (ф2 — угол трения навоза
о скребок).
Необходимое минимальное предварительное натяжение Pmi„ цепи
определяют по формуле
Pmin — P(lg amax /1 tg2 C4max)] P0/[2 (1 Д tg (Xmax)], (318)
где Po — сопротивление движению скребка при расположении его
по нормали к стенке канавы, определяемое из уравнения
Р = Ро/(1 -Mg а);
Ьс — расстояние точки приложения силы Р от цепи (Ьс = 0,5 b +
+ с, при а = 0 с = 0,01 — 0,02 м, при а = 15° с = 0,03 —
—0,04 м);
ta — шаг цепи, м;
«max — максимально допустимый угол наклона (для экскрементов
О-max 1о ),
— коэффициент трения навоза о боковую стенку канавы;
Р — сопротивление движению навоза, Н.
8.4.2. Скребковые транспортеры с возвратно-поступательным дви-
жением. Используются на фермах крупного рогатого скота при стой-
ловом содержании животных, а также на свинофермах. В зависимости
от вида тягового органа транспортеры с возвратно-поступательным
движением можно разделить на два типа: штанговые и тросовые.
Большое распространение получили различные варианты штанговых
транспортеров, например ТШ-ЗОА, УН-3 и др.
По расположению оси подвески скребков эти транспортеры де-
лятся на две группы: с вертикально расположенной осью, когда
401
скребки разворачиваются в горизонтальной плоскости параллельно
дну желоба, и с горизонтально расположенной осью, когда скребки
разворачиваются в продольно-вертикальной плоскости. Наибольшего
внимания заслуживают транспортеры первой группы.
На рис. 217, а показан общий вид гидрофицированной штангово-
скребковой навозоуборочной установки УН-3 со скребками, аналогич-
ными транспортеру ТСН-ЗБ.
Расчет штанговых скребковых транспор-
теров сводится к определению величины хода штанги, шага скреб-
ков и их размеров, значения подачи и потребной мощности рассчиты-
ваются аналогично цепочно-скребковым транспортерам.
Ход s штанги должен обеспечить возможность свободного разворота
скребка в рабочее положение после того, как он пройдет мимо порции
навоза, оставленной предыдущим скребком. Необходимо выполнить
условие
s2s/c-4-A/, (319)
где Л/ — длина пути штанги, на котором скребок переходит из холос-
того положения в рабочее, м.
Характер зависимости на рис. 218, а указывает, что фактором,
определяющим величину Л/, является угол а наклона скребка к
штанге при холостом положении. Для выбора оптимального значения
угла наклона скребка к штанге необходимо выяснить его влияние на
подачу транспортера.
Площадь поперечного сечения тела (рис. 218, б), сформированного
скребком при холостом ходе, зависит в основном от средней величины
основания тела волочения [тср = (т ф- п)/2].
Рабочая ширина желоба транспортера Е = В sin а + /пср, тогда
тср = Е — В sin а. (320)
Отсюда следует, что увеличить тср, а в конечном итоге — несущую
способность скребка можно за счет уменьшения угла а. Оптимальное
значение а — 17—20°.
Шаг 4 скребков целесообразно выбирать в зависимости от длины 12
(рис. 218, в) нижнего основания тела волочения перед скребком
/3 = /i + (Mg<Po), (321)
где <р0 — угол естественного откоса груза в движении.
Шаг скребков должен быть больше длины нижнего основания тела
волочения, т. е. tc L,.
Помимо угла а прилегания скребка к штанге и шага tz на транспор-
тирующую способность qH скребка большое влияние оказывают также
его форма и зазор между скребком и боковыми стенками.
Наибольшей транспортирующей способностью обладают скребки
с отношением высоты к его длине Н/В = 0,2—0,25. Широкая, но мел-
кая навозная канава предпочтительнее, так как в этом случае сопро-
тивление движению навоза меньше. При увеличении отношения Н/В
возрастает сила трения навоза о боковую стенку канавы,
402
Рис. 217. Транспортеры возвратно-поступательного движения:
а — штангово-скребковый УН-3; б — дельта-скрепер установки УС-15: / «— ползун; 2 — натяжной вннт; 3 и 5 — скребки; 4 — шарнир-
ное устройство; в — скрепер-ковш установки УСН-8
г
Для устранения защемления связных грузов между скребком и
стенкой в момент разворота скребка необходимо конец скребка сре-
зать под некоторым углом к его основанию. Величина угла защемления
между боковой стенкой канавы и обрезом скребка должна быть больше
суммы углов трения навоза о стенку канавы и о скребок.
Скорость движения скребков транспортера изменяется в пределах
0,2—-0,4 м/с.
Привод транспортеров может быть цепочно-кулисный, цепочно-
кривошипно-шатунный, гидравлический, с реверсированием электро-
Рис. 218. Схемы к расчету скребковых транс-
портеров с возвратно-поступательным дви-
жением:
а — зависимость длины А/ пути штанги от угла ос
наклона скребка к штанге; б — влияние угла
среза скребка на процесс формирования тела
волочения; в — тело волочения связного гру*
за (перед скребком)
двигателя. По результатам исследований М. Ф. Козликова и И. П. Ар-
бузова, наиболее работоспособным является цепной привод.
Для работы цепного привода необходимо выполнить следующее
условие:
s = C-4-2/-11=-4 + fi, (322)
где С — расстояние между центрами ведущей и направляющей звез-
дочек, м;
г„ — радиус начальной окружности звездочек, м;
/с — расстояние между скребками (шаг), м;
В — длина скребка, м.
Для кривошипно-шатунного привода это условие запишется s =
= 2гк, где гк — радиус кривошипа, м.
Недостатком транспортеров с непосредственным приводом на
одну штангу является то, что при рабочем ходе штанги работают на
растяжение, при холостом — на сжатие. Более надежная работа
обеспечивается, когда штанга работает только на растяжение. Это
404
возможно при тросовом приводе от барабана, цепи или плунжера
гидроцилиндра.
Для скребковых транспортеров принимают s/B = 3,5—4,5.
8.4.3. Скреперные навозоуборочные установки. В настоящее время
промышленность освоила выпуск нового типа навозоуборочных средств
с возвратно-поступательным движением рабочих органов, называемых
«дельта-скреперами» и работающих аналогично скребкам штанговых
транспортеров. На рис. 219 показан общий вид скреперной установки
УС-15, выпускаемой в трех исполнениях: для выгрузки навоза в одном
конце, в обоих концах или посередине животноводческого помещения.
Разгрузка производится в поперечный канал, оборудованный скрепер-
ной установкой УС-10 или другими средствами.
Скреперная установка УС-15 предназначена для уборки навоза
при беспривязно-боксовом, содержании животных и состоит из приво-
да /, поворотных устройств 2, цепи 4 и двух рабочих органов, вклю-
чающих ползуны 3 и скребки 5, 6. Тяговая цепь такая же, как и у тран-
спортера ТСН-160. Цепь монтируют в канавке навозного прохода.
На дно канавки укладывают стальную полосу сечением 3 X 40 мм и
закрепляют шурупами. Поворотное устройство 2 предназначено для
изменения направления движения цепи. Привод 1 состоит из элект-
родвигателя мощностью 3 кВт, редуктора с ведущей звездочкой и
механизма реверсирования. Привод смонтирован на раме, которую
бетонируют и закрепляют шестью анкерными болтами.
Автоматическое реверсирование электродвигателя обеспечивает
механизм КВД-12, состоящий из блока бесконтактных индукционных
датчиков ДЗ-М, установленного на корпусе редуктора, и блока уп-
равления — на щите управления.
Ползун 1 (см. рис. 217, б) скреперной установки соединен с цепью
натяжным винтом 2. Скребки 5 надеваются на вертикальные оси шар-
нирного устройства. В каркасе скребка вмонтирована плоская рези-
405
на, обеспечивающая бесшумный ход скребков при их перемещении
по бетонному полу навозного прохода шириной 1,8—2,3 м и высотой
(глубина) 0,2 м.
Установка работает в возвратно-поступательном режиме в течение
18—20 ч в сутки, кроме периода сна животных. Рабочие органы уста-
новки действуют в< противофазах, т. е. если скребки одного рабочего
органа раскрыты и толкают перед собой порцию навоза, то другой
совершает холостой ход при сложенных скребках. После выгрузки
порции навоза в конце (или в середине) помещения происходит ревер-
сирование движения, и цикл работы установки повторяется при рас-
крытых скребках другого рабочего органа.
Почти круглосуточная работа установки не позволяет животным
ложиться в навозно^утроходе, этим обеспечивается их чистота.
Подача установки’0,2 т/ч при скорости движения скребков 0,04 м/с.
Шаг цепи 150 мм. «
Установка УС-15 работает в сочетании с установкой УС-10, пред-
назначенной для уборки навоза из поперечных каналов и удаления его
в навозосборник. Штангово-скреперная установка УС-10 имеет восемь
рабочих органов, расположенных на расстоянии 10 м друг от друга
при ходе штанги 12,5 м. Ширина захвата скрепера в раскрытом сос-
тоянии 1,75 м, в сложенном — 0,69 м. Высота скребков 0,15 м. Рабо-
чий контур установки состоит из штанг (пруток 0 20 мм) и кругло-
звенной цепи 18 X 80 мм (ГОСТ 9445—70). Поперечный канал имеет
размеры 960 X 1800 х 1400 мм и является промежуточной накопитель-
ной емкостью. Поэтому при круглосуточной работе основной установки
УС-15 установка УС-10 работает периодически, включаясь автомати-
чески шесть раз (по 20 мин) в сутки. Подача установки УС-10 2,8 кг/с
при скорости движения штанг 0,137 м/с. Установленная мощность
электродвигателя 3 кВт.
Расчет скреперной установки типа УСН-8 или
ТС-1 сводится к определению подачи, тягового сопротивления и по-
требной мощности. Подача Q скрепера может быть определена по фор-
муле
<2=Крср//ц, (323)
где Vc — расчетная вместимость скрепера, м3;
Ф— коэффициент заполнения (ф — 0,9—1,2);
/ц — время одного цикла, с.
Время цикла равно:
/ц = (2//УсР) + (324)
где I — длина навозной канавки, м;
оср — средняя скорость движения скрепера (0,3—0,4 м/с);
/у — время на управление установкой, с.
Мощность двигателя скреперной установки определяют по формуле
/V = /\uct/(100Cr]), (325)
где Рс — полное тяговое сопротивление скрепера, Н.
406
Сопротивление Рс движению скрепера зависит от массы Мс скрепера,
коэффициентов трения между навозом и стенками канавки, между
скрепером и навозом, от сопротивления передвижению тяговых кана-
тов и трения в блоках.
Рис. 220. Варианты технологических схем
помещений
удаления навоза от животноводческих
Для скреперной установки, работающей в двух навозных канавках,
Л = Р1 + Р2 + Р3 + Р4, (326)
где Рх — сопротивление движению рабочей ветви {Рг — 9,81 [(М„+
+ Л1С) рс -ф здесь Мн — масса порции навоза, кг;
407
Л4С — масса скрепера, кг; рс — приведенный коэффициент
сопротивления перемещению навоза и скрепера (1,8—2);
q,: — масса 1 м троса (<?т = 0,4 кг); LT — длина, м; /т —
коэффициент трения троса о навоз (/т = 0,5—0,6)};
Р2 — сопротивление передвижению холостой ветви (Р.2 = 9,81
(Л4Д. + 71Л/Г);
Р3 — сопротивление на преодоление инерции (Р3 = 2 МС7Т);
— натяжение набегающей ветви каната, Н [Р4 = (Рг + Р-> Ь
+ Р3)/(е^а—1)], здесь р — коэффициент трения троса о ро-
лик (ц = 0,1—0,2); а — угол охвата.
8.4.4. Удаление навоза от животноводческих помещений. Навозо-
уборочные средства внутри помещений работают в сочетании с проме-
жуточными емкостями-накопителями различных конструкций и вмес-
тимости, которые устраиваются обычно в торцовой части помещения
и реже посередине его длинной стороны в специальном тамбуре-при-
стройке.
Очистка помещений проводится всегда в одно и то же время, опре-
деленное распорядком дня фермы.
Варианты технологических схем удаления навоза от животновод-
ческих помещений представлены па рис. 220.
В схемах, приведенных на рис. 220, а, в, навоз наклонным скреб-
ковым транспортером грузится непосредственно в транспортное сред-
ство или сбрасывается на площадку (рис. 220, б), с которой затем уда-
ляется бульдозером. Как видно из схем, здесь промежуточные емко-
сти отсутствуют, что исключает возможность поточной организации
работ. На другой схеме (рис. 220, г) в качестве промежуточной емкости
используется ковш скипового подъемника вместимостью 2,5 или 4 м3.
Скиповые подъемники ОН-2,5 или ОН-4 позволяют навозоуборочным
транспортерам работать в помещениях независимо от графика работы
транспортных средств и загружать их также независимо от внутренних
транспортеров.
Из промежуточных утепленных емкостей-накопителей вместимостью
до суточного выхода навоза последний выгружается в транспортные
средства планчатым транспортером (рис. 220, д) или ковшовым на-
возопогрузчиком НПК-30 (рис. 220, е).
Выемка жидкого навоза производится с помощью вакуумированных
цистерн (рис. 220, ж, з), пневмотранспортной установки УПН-15
(рис. 220, и) или шнекового навесного насоса НШ-50 (рис. 220, к).
8.5. СРЕДСТВА ДЛЯ ВЫГРУЗКИ НАВОЗА ИЗ СБОРНИКОВ
И ХРАНИЛИЩ
8.5.1. Средства для выгрузки твердого (подстилочного) навоза.
На фермах, расположенных на территории с высоким уровнем грунто-
вых вод, сооружают наземные навозохранилища, выгрузку навоза
из которых и погрузку его в транспортные средства производят грей-
ферными погрузчиками ПЭ-0,8, ПШ-0,4 или погрузчиками-бульдозе-
рами ПБ-35.
408
В районах с низким стоянием грунтовых вод строят заглубленные
навозохранилища, из которых выгрузку производят грейферами
козловых кранов или грейферными тракторными погрузчиками.
Подстилочный навоз, собранный из помещений в промежуточные
емкости (сборники), выгружают ковшовыми погрузчиками НПК-30,
перекидными погрузчиками фронтального действия ПФП-1,2, Д-452
или скиповыми подъемниками ОН-2,5.
Навозопогрузчик ковшовый НПК-30 (рис. 221, а)
стационарный, монтируется в бетонном навозосборнике 1 диаметром
или стороной квадрата 8 м и более. С помощью тросового подъемника
и лебедки 3 он устанавливается в рабочее или поднимается в нерабочее
положение.
Навозопогрузчик состоит из рамы, направляющих и ведущих звез-
дочек, ковшовой цепи и механизма подъема транспортера с электро-
двигателем мощностью 3 кВт. Верхний конец транспортера шарнирно
закрепляется на специальных опорах. Ковши 4 вместимостью по 12 дм3
каждый прикреплены к втулочно-роликовой цепи и разгружаются
в автосамосвал 6 опрокидыванием при прохождении через верхнюю
приводную звездочку. Транспортер приводится в работу от электро-
двигателя 5 через редуктор и цепную передачу. Наибольший угол
наклона транспортера 63°, подача до 8 кг/с.
Навозопогрузчик НПК-30 используется в сочетании с навесной
установкой 2 марки УН-10, оборудованной фекальным насосом У НФ
с электродвигателем мощностью 17 кВт.
Установка УН-10 предназначена для откачки жидкой фрак-
ции навоза, образующейся при отстое и расслоении массы в навозосбор-
нике. Жидкая фракция насосом установки УН-10 подается в транс-
портные средства или на площадки для компостирования. С помощью
УН-10 можно также производить гомогенизацию (приведение в одно-
родное состояние) всей массы навоза в сборнике 1 путем забора жидко-
сти в средней части и перекачки ее обратно в сборник.
Установка УН-10 (рис. 221, б) состоит из электродвигателя 1,
насоса 3, установленного на раме 2, и мешалки 4 пропеллерного типа
со своим электродвигателем 5 мощностью 5 кВт. Жидкость отводится
через напорный трубопровод 6.
На многих фермах Ленинградской, Московской и других областей
[41] для выгрузки твердого навоза из промежуточных емкостей в ко-
ровниках используют одноковшовые погрузчики на-
воза ОН-2,5 (рис. 221, в) или ОН-4 — скиповые подъемники, выпус-
каемые специализированными предприятиями Ленинградского област-
ного объединения «Сельхозтехника».
При уборке навоза приводная станция 2 (рис. 221, в) транспортера 1
марки ТСН-2 приводит в движение цепь, которая доставляет собранный
транспортером навоз и сбрасывает его по лотку 3 в ковш 4 вместимостью
2,5 м3. Когда ковш заполнится навозом, транспортер ТСН-2 останав-
ливают.
В определенное время (по графику) тракторист, обслуживающий
несколько коровников, подгоняет трактор с прицепом 17 к месту вы-
40Э
Рис. 221. Средства механизации
выгрузки подстилочного навоза
из навозосборников (размеры в сан-
тиметрах):
а — навозопогрузчнк ковшовый
НПК-30; б — установка навозоубороч-
ная УН-Ю: в — скиповый одноковшо-
вый навозопогрузчнк ОН-2,5
грузки навоза и, управляя кнопками 9, 10, 11 пускателей, включает
в работу малую лебедку 8, чтобы открыть дверь 6 проема ковша до
положения 7. Затем нажатием кнопки И (вперед) пускает лебедку 12,
укрепленную на перекрытии. Трос 13, наматываясь на барабан лебед-
ки, за ролик 5 ухвата поднимает ковш 4 по направляющим швелле-
рам 21. Ковш направляется передними роликами 18 по горизонтальным
направляющим 19, а затем задними роликами 22 — по диагональной
части разгрузочной площадки. Вследствие разных направлений осей
роликов ковш поворачивается на 90° и, коснувшись автоматического
отключателя 15, сразу останавливается. Навоз из ковша разгружается
в прицеп 17.
По окончании выгрузки тракторист включает лебедку 12 нажатием
кнопки 10 (назад), и ковш из положения 16 под действием силы тяжести
возвращается в приямок 23. Кнопка 9 служит для включения пуска-
теля лебедки 8 дверей 6.
Несущими конструкциями скипового подъемника являются стре-
ла 14 и стойка 20. На выгрузку ковша затрачивается 3 мин.
Для выемки навоза из поперечных каналов коровников применяется
также установка УСН-8, которая в качестве рабочего органа
имеет ковш-скрепер (см. рис. 217, в) с системой блоков, укрепленных
на столбовой опоре. Приемный канал такой установки сооружают в
торце коровника, оборудованного транспортерами кругового движения
(ТСН-160), или в средней части помещения, оборудованного транспор-
терами возвратно-поступательного движения (УН-3, УС-15) с разгруз-
кой их в поперечный канал, расположенный в середине помещения.
Подача установки УСН-8 2,2 кг/с при скорости движения ковша-
скрепера 0,4 м/с и вместимости 0,9 м3. Установленная мощность
5,5 кВт. Расстояние транспортировки от стены коровника до места
разгрузки скрепера в навозохранилища до 50 м при максимальной
длине тягового каната 160 м (0 13,5—14 мм).
8.5.2. Средства для выгрузки жидкого навоза. Жидкий бесподсти-
лочный навоз влажностью от 88% и выше забирается из сборников
и перекачивается в навозохранилища или непосредственно в поле
насосами специального назначения, снабженными измельчающим
устройством: шнеково-центробежным насосом НЖН-200, шнековым
насосом НШ-50-1 (стационарный) или НШ-50-П (навешиваемый на
трактор типа МТЗ).
Шнеково-центробежный насос НЖН-200 (рис. 222) предназначен
для перекачки жидкого навоза из сборников и хранилищ и применя-
ется на молочных, откормочных и свиноводческих комплексах. Он
состоит из опорной 6 и поворотной 5 рам, насоса 4, моторной лебедки 7
и колесного хода 12. Насос 4 с электродвигателем 11 и напорной тру-
бой 10 смонтированы на поворотной раме 5, которая для работы уста-
навливается лебедкой 7 и тросом 9 в вертикальное положение, а при
переездах — в горизонтальное, транспортное положение. Вдоль пово-
ротной рамы насос перемещается на салазках 8.
Для перемешивания навозной массы в навозосборнике 1 на внеш-
нем конце вала насоса имеется мешалка 2 пропеллерного типа. Навоз
411
Рис. 222. Шнеково-центробежный на-
сос НЖН-200 для перекачки жидкого
навоза
через окно засасывается в корпус шнека <3, захватывается его витками
и транспортируется вверх на рабочее колесо. При этом соломистые
включения измельчаются ножами измельчителя, расположенными
между шнеком и рабочим колесом, и дополнительно между штифтами,
имеющимися в корпусе насоса, и концентрическими канавками на
диске рабочего колеса. Затем навоз лопастями рабочего колеса выбра-
сывается через улиткообразную
часть корпуса в напорную трубу.
Параметры насоса: диаметр ко-
леса 400 мм; ширина 92 мм, диа-
метр шнека 198 мм; шаг витков
158 мм. Диаметр напорного рукава
150 мм. Подача насоса 74 кг/с при ,
влажности навоза 94,4% и 23 кг/с
при влажности 88,5%. Мощность
электродвигателя насоса 30 кВт,
лебедки — 0,6 кВт. Наибольшая
глубина выгрузки 3,2 м.
Бесподстилочный, а также под-
стилочный навоз, когда подстилка ,
в виде торфокрошки или опилок
вносится в ограниченных размерах
(1—2 кг на голову в сутки), успеш-
но транспортируют по трубам с по-
мощью пневматической установ-
ки УПН-15. Установка включает
вертикальный продувочный котел
(камерный питатель КПН-3) вме-
стимостью 3 м3, два компрессора
ВУ-3/8 с арматурой, ресивер вме-
стимостью 10 м3 и приборы для ав-
томатического управления.
Технологический процесс удале-
ния навоза осуществляется следую-
щим образом. Перед тем как вклю-
чить в работу навозоуборочные
транспортеры, в воронке продувочного котла открывают обратный
клапан, выполненный в виде перевернутой воронки. Затем включают
транспортер, который через воронку подает навоз в продувочный
котел. Если навозная масса очень густая, то сюда же подают воду.
Когда котел заполнится, выключают транспортер, закрывают обрат-
ный клапан и открывают воздушный вентиль. Воздух под давлением
0,3—0,6 МПа поступает из ресивера в котел и вытесняет из него навоз
по трубопроводу в навозохранилище. Циклическую транспортировку
производят до тех пор, пока полностью не удалят навоз из поме-
щения.
Обычно удаление навоза ведут при работе одного компрессора, а вто-
рой — резервный.
412
Правила техники безопасности требуют постоянного наблюдения
за температурой выходящего сжатого воздуха и температурой в реси-
вере, так как превышение температуры (свыше 413—433 К) может
вызвать взрыв. Масло взрывается в атмосфере сжатого воздуха при
температуре 473 К. Также из соображений безопасности ресивер
устанавливают вне помещения компрессорной станции и регулируют
его предохранительный клапан на предельное давление, превышающее
рабочее давление не более чем на 10%.
8.5.3. Средства для механизации работ в навозохранилищах. Для
комплексной механизации всех работ по приготовлению органических
удобрений в навозохранилищах промышленность производит уста-
новки УВН-800 и ПОУ-40.
Установка УВН-800 (рис. 223) оборудована рабочим органом 3
скреперного типа и работает совместно с насосами 2 (НЖН-200 или
HLU-50-II). Выгрузка навоза из хранилища может производиться по
однофазной или двухфазной схеме. При однофазной схеме перед
выгрузкой расслоившегося навоза производят его перемешивание
шнековыми насосами с целью гомогенизации. Гомогенизированный
жидкий навоз из хранилища выкачивают насосами 2 в цистерну 1
(марки РЖТ-4, РЖТ-8, РЖТ-12) для последующего внесения в почву
(поливом) или перекачивают по трубам на поля и там распределяют
по площади с помощью дождевальных установок.
При двухфазной схеме выгрузки сначала насосами 2 откачивают
жидкую фракцию, а затем скрепером 3 извлекают из траншеи 4 густую
фракцию и загружают ее в кузовные транспортные средства. Для этого
413
самосвалы или прицепы заводят в поперечную траншею 8, оборудован-
ную для въезда с обоих торцов пандусами. Скрепер приводится в дви-
жение от грузовой лебедки нижним канатом, перекинутым через блок 7
ручной (натяжной) лебедки 6.
Вместимость ковша-скрепера 3 м3, скорость его движения 0,78 м/ц
Расход установки при выгрузке ковшом-скрепером до 26 кг/с. ?
Перегружатель органических удобрений ПОУ-40 (рис. 224) пред-
назначен для распределения навоза и компостируемых материалов
(торф, опилки, резаная солома) по навозохранилищу и погрузки
компоста в транспортные средства. Перегружатель представляет
собой двухконсольный козловый кран с жесткими опорными стойками 4.
Рис. Перегружатель органических удобрений ПОУ-40
По главной балке 6 и консоли 5 передвигается электрическая таль 8
с грейфером 7 грузоподъемностью 1000 кг. Опорные стойки 4 крана
опираются на четыре одноколесные тележки 3, из которых две привод-
ные и две тормозные. Питание крана осуществляется от гибкого ка-
беля-шторки 9, подвешенного на стальном канате. Дистанционное
управление краном производится с пульта управления, расположен-
ного на правой стойке.
Технологический процесс приготовления компоста осуществляется
следующим образом. Жидкий навоз из помещений поступает по ка-
налу 1 и собирается в накопительной траншее 2 вместимостью до
двухмесячного выхода навоза. Торф и минеральные удобрения (фос-
форитная мука) размещаются на площадке 10 с другой стороны наво-
зохранилища, но так, чтобы не ограничивать подъезда транспортных
средств под консоль крана. Электрогрейфер захватывает очередную
порцию навоза или торфа и доставляет ее в заданную точку разгрузки
навозохранилища. Грейфер используется для перемешивания компо-
нентов и подачи компостов в транспортные средства.
Подача перегружателя 1,4 кг/с; вместимость грейфера 0,38 м3; вы-
сота разгрузки грейфера 2,3 м; глубина опускания (ниже горизонта)
414
3,2 м; колея крана 11,3 м, база — 3,1 м; вылет консоли 2,5 м; скорости:
передвижения крана — 0,5 м/с, подъема груза — 0,13 м/с, передвиже-
ния тали — 0,33 м/с; установленная мощность 5,3 кВт.
8.6. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ УДАЛЕНИЯ
И ТРАНСПОРТИРОВКИ НАВОЗА
8.6.1. Общие положения. На животноводческих комплексах и
крупных специализированных фермах использование механических
систем для сбора, удаления и транспортировки навоза значительно
усложняется в связи с увеличением его выхода (на крупном свиновод-
ческом комплексе до 3000 т в сутки). В этих условиях экономически
наиболее рациональными оказываются гидравлические способы уда-
ления навоза из помещений и транспортировки его к местам хранения
или переработки (табл. 33).
Таблица 33. Сравнительная экономическая оценка механической
и гидравлической систем навозоудаленпя в свинарниках (по данным ВНИИМЖа)
Система Затраты труда Капитало- вложения Годовые эксплуата- ционные расходы Приведен- ные затраты
Транспортеры внутри помещений н на территории фермы. Мобильный тран- спорт навоза на расстояние 1000 м 100* 100 100 100
Транспортеры внутри помещении и на территории фермы. Гидротранспорт на- воза на расстояние 1000 м 89 90 70 79
Гидравлическая система уборки н тран- спорта на расстояние 1000 м 85 79 60 66
* Относительные показатели транспортерной системы приняты за 100%.
Специфика промышленной технологии на комплексах состоит
в том, что наличие относительно теплых полов и регулируемый микро-
климат в помещениях позволили отказаться от применения подстилки;
ее заменили резиновыми ковриками и этим упростили технологию
при значительном сокращении затрат труда.
Система гидравлического удаления навоза представляет собой
целый комплекс инженерных сооружений и включает: навозоприемные
(продольные) каналы; закрытые сверху решетками; магистральный
(поперечный) коллектор; навозосборник с насосной станцией пере-
качки; напорную навозопроводную сеть. В зависимости от принятого
способа последующей переработки жидкого навоза система гидро-
удаления имеет цех приготовления компостов или развитую систему
очистных сооружений (которые будут рассмотрены в дальнейшем).
415
Все операции по очистке помещений, удалению, обработке и хра-
нению навоза объединяют в законченные технологические линии,
обеспечивающие максимальную сохранность питательных веществ
(NPK), имеющихся в навозе, и предусматривающие резервные уста-
новки и емкости на особо ответственных участках, полностью исклю-
чающие возможность загрязнения почвы, водоемов и окружающего
воздушного пространства. Систему для гидроудаления жидкого на-
воза сооружают отдельно от системы канализации хозяйственно-бы-
товых стоков на комплексах.
Пропускная способность комплекта машин, аппаратов и сооруже-
ний должна обеспечивать удаление и обработку всего суточного выхода
навоза.
8.6.2. Классификация гидравлических систем удаления навоза.
К настоящему времени известны следующие типы гидравлических
систем навозоудаления: самотечная, лотково-отстойная (шиберная),
лотково-смывная, рециркуляционно-лотковая и бесканально-смывная.
Самотечная система основана на принципе свободного
течения навозной массы под действием силы тяжести. Система действует
непрерывно по мере поступления навозной массы через щели надка-
нальных решеток и стекания ее через открытый конец канала. Влаж-
ность навозной массы должна быть не ниже 88%. Эта система проста по
устройству и удобна в эксплуатации. После запуска ее в работу функ-
ции оператора сводятся лишь к наблюдению за тем, чтобы в каналы
не попадали остатки корма и посторонние предметы. В процессе функ-
ционирования добавка воды не требуется. Воду добавляют только при
пуске системы в работу. Самотечные системы навозоудаления особо
успешно применяются на свиноводческих комплексах и фермах любых
размеров.
Лотково-отстойная система отличается от само-
течной тем, что предусматривает накопление навоза в навозоприемных
каналах, выход которых перекрыт шиберами. Для периодического
спуска навозной массы (через 7—14 дней) шибера открывают, а для
ее разжижения добавляют воду. За счет дополнительного расхода
воды — в среднем 3—5 дм3 на одну голову в сутки — увеличивается
выход навоза. Основной недостаток этой системы состоит в том, что
при спуске навозной массы происходит сильное выделение сероводо-
рода. На это время необходимо усилить в помещении воздухообмен,
открывая вытяжные каналы, а также окна и ворота.
Лотково-отстойная система действует весьма надежно, ее рекомен-
дуется применять на свинофермах с производством до 24 тыс. свиней
в год.
Лотково-смывная система предусматривает промыв-
ку навозоприемных каналов один-два раза в сутки водой, подаваемой
к смывным насадкам по специальной сети или из смывных бачков,
заполняемых из водопроводной сети. Расход воды при этой системе
составляет 15—20 дм3 на одно животное в сутки. При применении
продольных каналов с V-образным поперечным сечением и смывных
бачков вместимостью 1 м3 общий расход воды системой уменьшается
416
примерно в два раза. Лотково-смывная система применяется на свино-
водческих комплексах с производством 54 и 108 тыс. голов в год.
Рециркуляционно-лотковая система предусматри-
вает ежедневную промывку навозоприемных каналов жидкой фрак-
цией навоза, предварительно осветленной, обеззараженной и дезодо-
рированной.
Применение такой системы позволяет сократить расход воды и
уменьшить выход навозной массы. Условия применения ее те же,
что и для лотково-смывной системы. При этом следует учесть, что
во время промывки каналов несколько повышается загазованность
помещения. Система может применяться на фермах любых размеров,
но при условии надежного обеззараживания смывной жидкости.
Бесканально-смывная система является новой и пока
получила распространение лишь па свиноводческих комплексах. Ее
особенность заключается в том, что смыв навоза производится при
помощи специальной гидравлической установки тонкими смывными
струями воды, которые подаются через форсунки под высоким давле-
нием (1,4 МПа). Система не требует строительства глубоких навозо-
приемных каналов и применения решетчатых полов, так как смыв
навоза производится непосредственно из зоны дефекации свиней.
Применение бесканальной системы позволяет заметно сократить расход
воды на промывку по сравнению с другими системами; он составляет
3—3,5 дм3 на одну взрослую свинью (на откорме) в сутки.
По экономическим показателям гидравлические системы навозо-
удаления, за исключением бесканально-смывной, незначительно от-
личаются друг от друга (табл. 34), но применение той или иной системы
определяет выбор способов обработки жидкого навоза с целью после-
дующей его утилизации.
Таблица 34. Технико-экономические показатели систем уборки
навоза в свинарниках (по данным ВНИИМЖа)
Система Показатели (на 1000 кг экскрементов)
Трудовые затраты, чел.-ч Капиталовло- жения на 1000 с кото мес г, тыс. руб. Эксплуата- ционные расходы, руб- Приведен- ные затраты, руб.
Механическая (транспортерная) 0,77 21,2 1,71 3,39
Самотечная 0,62 19,5 1,17 2,72
Лотково-отстойная 0,62 18,2 1,19 2,63
Лотково-смывная 0,62 16,9 1,21 2,55
Лотково-рециркуляционная 0,62 17,0 1,18 2,44
Бесканально-смывная 0,35 10,4 0,73 1,61
8.6.3. Устройство и работа гидравлической системы навозоуда-
ления. Гидротранспортная система навозоудаления состоит из навозо-
приемных (продольных) каналов и поперечного (одного или двух)
14 С. В. Мельников
417
канала-коЛлектора, навозосборника с насосной станцией и навозопро-
водной сети. Сверху навозоприемные каналы закрыты решетками
(щелевые полы).
Решетки должны отвечать следующим требованиям: обеспечи-
вать надежную опору для ног животного; исключать возможность по-
вреждения конечностей животных; не быть скользкими при намокании;
быть прочными и устойчивыми к механическим и химическим воздей-
ствиям (агрессивная среда). На комплексах крупного рогатого скота
применяют сборные решетки, составленные из отдельных планок
(рис. 225, а) трапецеидального сечения. Планки, изготовленные про-
мышленным способом, представляют собой ненапряженные бетонные
балки или их делают из предварительно напряженного железобетона.
Для свиноводческих комплексов решетки изготовляют в виде желе-
зобетонных, чугунных или асбоцементных панелей (рис. 225, б).
Более долговечны чугунные решетки, срок их службы до 20 лет,
они не корродируют и не забиваются навозом. Проваливаемость навоза
составляет 54—57%, а загрязненность — 11—30%. В то же время
стоимость чугунных решеток в 3—4 раза выше, чем железобетонных.
При реконструкции молочных ферм с переводом коров на боксово-
беспривязное содержание щелевые полы нередко делают в виде сварных
решеток, изготовленных из проката (рис. 225, в). По данным П. К. Жев-
лакова, наиболее удобны решетки из проката Т-образного сечения
и менее металлоемкие /7-образные из гнутого листового материала.
При размере щели 40 мм такие решетки пропускают до 90% навоза.
Планки и щели решеток во избежание травмирования конечностей
животных следует располагать параллельно кормушке. Размеры щелей
и планок приведены в табл. 35.
Таблица 35. Соотношения ширины щелей и планок решетчатых полов
Группа животных Ширина, мм Группа животных Ширина, мм
планок щелн планок щели
Взрослый крупный 35—125 35—45 Взрослые свиньи 35 24
рогатый скот Отъемыши 25 15
Телята: Молодняк 35 20
от 15 дней до 3 мес 35 20
от 3 до 6 мес 35 30
Навозоприемные каналы прокладывают вдоль поме-
щений по числу рядов стойл или станков. Их делают из железобетон-
ных блоков (лотков) или из монолитного бетона, располагая дно канала
горизонтально или с уклоном 0,003—0,005 в сторону поперечного кол-
лектора. При устройстве самотечной системы уклон дна канала необ-
ходим лишь для облегчения условий чистки канала и первоначального
запуска системы в эксплуатацию. Каналы лотково-отстойной системы
для ферм крупного рогатого скота делают с уклоном i = 0,01—0,02,
ширина каналов в коровниках с беспривязным содержанием равна
418
1—1,2 м, с привязным содержанием — 0,7—0,9 м, в свинарниках —
0,9 м.
Поперечное сечение продольных каналов в свинарниках прямо-
угольное со скошенными 1 (рис. 226, а) или закругленными 2 углами.
Л-Л
Рис. 225. Конструкции решетчатых полов:
J* — планки решеток для ферм крупного рогатого скота; б— панели для свиноводческих
Ферм; в — планки сварных решеток для ферм крупного рогатого скота
14*
419
При смывной системе — V-образное сечение. Каналы в коровниках
нередко делают со скошенной задней стенкой.
На рис. 226, б представлен разрез самотечного канала со смывным
трубопроводом и поперечный коллектор. Головная часть продольного
канала удлиняется на расстояние I = 0,5—1 м за пределы решет-
чатого пола с целью устранения случаев накопления навоза у торцовой
стенки канала и усиления подвижности навозной массы.
В нижней (выпускной) части канала (рис. 226, в) в месте его при-
мыкания к поперечному коллектору установлены в направляющих
рамках шибер, порожек высотой 100—150 мм и гидрозатвор.
Порожки и шибера в самотечных каналах служат для запуска
системы в самотечный режим работы при вводе ее в эксплуатацию
после сооружения или чистки каналов. Гидрозатвор предназначен для
предотвращения проникновения газов из поперечного коллектора
через навозоприемные каналы в помещение. Это исключает также воз-
можность распространения инфекции через каналы.
Коллектор (поперечный канал) служит для само-
течного транспортирования навоза, удаляемого из помещений в наво-
зосборник. Он иногда выполняется из асбестоцементных или железо-
бетонных труб диаметром не менее 0,5 м, укладываемых под землей
с уклоном 0,01—0,02. При этом требуется расположить его на 0,3 м
ниже выпускного конца продольного канала.
Работа гидравлической системы на возо-
удал е н и я протекает следующим образом. Перед пуском в эксплу-
атацию все навозоприемные и поперечный каналы освобождают от
строительного мусора и посторонних предметов, проверяют качество
стыков железобетонных блоков и устраняют возможные неровности
на внутренней поверхности каналов. Одновременно проверяют ка-
чество монтажа порожка, шибера и гидрозатвора, обращая внимание
на легкость их перемещений в направляющих рамках. После установки
порожка и шибера на место канал заполняют водой до уровня порожка
(100—150 мм).
Экскременты животных, проваливаясь через решетки, накапли-
ваются в каналах до уровня в головной части канала, при котором
расстояние от поверхности слоя массы до нижней поверхности решет-
чатого пола допускается не менее 0,3—0,35 м (согласно санитарно-
ветеринарным требованиям). Из опыта известно, что период накопления
навоза составляет 7—14 дней в зависимости от породы животных,
кормового рациона и времени года.
После заполнения канала шибер открывают и выпускают накопив-
шийся навоз, тем самым приводя в действие самотечную систему,
так как оставшийся в канале слой навоза на уровне порожка вытес-
няется поступающей в канал свежей навозной массой.
При смене поголовья в помещении (при окончании откорма, при
переходе на пастбищное содержание и т. п.) производят чистку кана-
лов, для этого вынимают из них порожки и производят спуск всего
содержимого из канала. При этом добавляют воду и применяют побу-
дители для взмучивания осадка, образовавшегося на дне канала.
420
В качестве такого побудителя используют, например, разработанную
в НИПТИМЭСХе Нечерноземной зоны РСФСР установку в виде
Рис. 226. Оборудование навозоприемных каналов систем навозоудаления:
а — поперечные сечения каналов! / — прямоугольное со скошенными углами; 2 — прямо-
угольное с закругленными углами; 3 — трапецеидальное с овальным дном, армированным сек-
тором асбестоцементной трубы; 4 — со скошенной задней стенкой; б — продольный разрез
самотечного канала; / — задвижка; 2 — смывной трубопровод; 3 — решетчатый пол; 4 —
шибер; 5 — гидрозатвор; 6 — крышка люка; 7 — поперечный коллектор; 8 — порожек;
9 — навозная масса; в — фрагмент выпускной части канала; / — навозная масса; 2 —« по-
рожек; 3 — гидрозатвор; 4 — поперечный коллектор; г — смывной бачок: 1 — смывная
труба; 2 — задвижка; 3 — опора; 4 — бак вместимостью 0,5—1 ма; 5 — наполнительная
труба; 6 — вентиль
трубы с отверстиями (форсунки), уложенной на дно канала в головной
его части. При промывке канала труба соединяется с водопроводом
421
и в нее под давлением 0,1 МПа подается вода. При выходе из отверстий
тонкими струями вода взмучивает осажденные твердые частицы навоза
и обеспечивает полную очистку канала.
При работе лотково-смывных систем над головной частью каждого
продольного канала устанавливают смывной бачок (рис. 226, г) с быс-
тродействующей задвижкой. Смывные бачки соединяются с каналом
стальной трубой 0 100—150 мм. Промывают каналы 1—2 раза в сутки.
Удаление навозной массы из поперечного коллектора производится
самотеком в сочетании с периодическим смывом. (2—4 раза в сутки)
осветленной жижей или технической водой. Для этого от насосной
станции прокладывается магистральный смывной трубопровод, в конце
которого установлены насадки или форсунки. Давление на выходе
из смывных насадок должно быть не менее 0,1 МПа. На отводах смыв-
ного трубопровода у навозоприемных каналов устанавливают задвижки
с ручным управлением, а на магистральном трубопроводе — задвижки
с электроприводом и дистанционным управлением.
Насосные станции в схемах гидравлического удаления навоза,
как правило, совмещены с навозосборниками и представляют собой
комплекс разнообразного и сложного оборудования, включающий
насосы, двигатели, арматуру, навозопроводы и пускорегулирующую
аппаратуру [51].
В качестве напорного оборудования применяют насосы, которые
подразделяются на центробежные (лопастные), объемные (поршневые,
винтовые, мембранные) и пневматические (камерные питатели). Наи-
более распространены на фермах центробежные фекальные одноступен-
чатые консольные с горизонтальным валом насосы. Их проточные кана-
лы и отводы имеют большое сечение в целях исключения возможности
забиваний при перекачке загрязненных сред с крупными "включения-
ми. В ряде случаев фекальные насосы оснащены измельчающими уст-
ройствами, имеющими подвижные ножи и неподвижную противорежу-
щую пластину.
В животноводстве находят применение фекальные насосы новых
марок: 5Ф-6, 5Ф-12, 5ФВ-12, 4НФ, а также и другие одноступенчатые
канальные с горизонтальным валом насосы. Вертикальные фекальные
насосы имеют в марке букву В (например, 16ФВ-7).
Насосные станции на фермах в большинстве случаев заглубляют.
Подземную часть делают из железобетона, а наземную — из кирпича
или бетонных блоков.
На рис. 227 показана насосная станция, сблокированная с навозо-
сборником. Станция имеет насосное (машинное) отделение 3, навозо-
приемник 9 и камеру 5 для жижи, которая из приемника поступает
в камеру через решетку 8 с шиберным устройством. В насосном отде-
лении устанавливаются фекальные насосы 2. К приемному навозо-
сборнику 9 станции подводится магистральный коллектор 6, а от
станции отходят напорный навозопровод 1 для перекачки навоза
к местам хранения или обработки и смывной (магистральный) трубо-
провод 4 для подачи осветленной жижи в помещения для промывания
продольных каналов. Внутри навозосборника установлены по высоте
422
в два ряда трубы 7 с отверстиями (барботер) для перемешивания имею-
щегося навоза. Для технического обслуживания машинного отделе-
ния и выемки осадка из жижесборника на станции установлен консоль-
ный кран 10 с грейфером.
Насосная станция может работать в трех режимах: 1) жижа или
техническая вода забирается насосами из жижесборника и подается
по смывному трубопроводу для ежедневного смыва навозной массы
в поперечном коллекторе и периодической очистки продольных само-
течных каналов; 2) навозная масса забирается из нижней части наво-
зосборннка и подается под напором в его верхнюю часть для переме-
шивания перекачкой (барботаж); 3) перемешанная в приемном сбор-
нике навозная масса забирается и транспортируется в цех обработки
или в накопители на поля орошения.
На фермах небольших размеров в ряде случаев вместо насосной обо-
рудуют передувочную станцию с применением пневматической уста-
новки УПН-15.
8.6.4. Поточные технологические линии удаления жидкого навоза.
Самотечная система удаления навоза с накоплением его в цилиндри-
ческих хр'анилищах и внесением в почву в жидком виде (рис. 228)
применяется на молочном комплексе «Щапово» Московской области.
Система состоит из навозоприемных самотечных каналов 1 и 9 прямо-
угольного сечения с горизонтальным дном, магистральных сборных
самотечных коллекторов 10 такого же сечения, насосной станции 5,
расположенной под полом в центре производственного помещения,
напорного трубопровода 6 и механизированного навозохранилища 8
со своей распределительной насосной станцией 7 перекачки. Каналы
имеют длину 50 м, ширину 2,65 м и глубину 1,3 м. Они оборудованы
порожками высотой 130 мм. На выгульных дворах 3 имеется самотеч-
423
ный канал 2 и жижесборники 4 вместимостью по 40 м3 для сбора по-
верхностных вод и жижи. Навозная масса, скапливаясь в каналах 1, 9
под решетками, продвигается самотеком к сборным коллекторам 10
и таким же способом поступает в насосную станцию 5, а оттуда по
напорному навозопроводу 6 перекачивается двумя насосами станции 7
в навозохранилище 8, состоящее из четырех заглубленных в землю
цилиндрических емкостей вместимостью по 2000 м3 каждая.
Рис. 228. Схема поточной технологической линии сбора, удаления и хранения жид-
кого навоза на молочном комплексе «Щапово» Московской области
Диаметр емкости 34 м, глубина 6 м. Внутри емкостей имеются два ряда
кольцеобразных труб с форсунками, отверстия сопел которых направ-
лены у верхней трубы — вниз, а у нижней — вверх.
Масса, поступающая в емкость под давлением через сопла, получает
вращательное движение с одновременным перемешиванием верхних
и нижних слоев, этим осуществляется гомогенизация навоза. Одно-
временно остатки кормов, попавшие в навозную массу, измельчаются
насосами-измельчителями высокого давления. Гомогенизированная
масса насосами низкого давления выдается в автоцистерны грузо-
подъемностью до 20 т и транспортируется для распределения по полям.
В летнее время имеется возможность присоединить станцию перекачки
к дождевальной системе для полива кормовых культур и долголетних
культурных пастбищ. Однако навозная масса должна быть сильно
разбавлена водой (на 1 часть навоза — 10 частей воды).
424
Лотково-смывную и шиберную системы навозоудаления с разде-
лением навозной массы на твердую и жидкую фракции применяют на
комплексе «Пашский» Ленинградской области (р!.ис. 229).
В помещениях 11 первого периода откорма молодняка (в возрасте
от 1 до 115 дней) действует лотково-смывная система, при которой
павозоприемные (продольные) каналы V-образного сечения ежедневно
промываются водой из смывных бачков вместимостью 0,5 м3.
6
Рис. 229. Схема поточной тех-
нологической линии сбора,
удаления и хранения жидкого
навоза на откормочном комплек-
се «Пашский» Ленинградской
области
В помещениях 12 второго периода откорма молодняка (в возрасте
от 115 до 392 дней) действует лотково-шиберная система навозоудале-
ния, при которой навоз накапливается в каналах, перекрытых шибе-
рами, в течение 7—10 дней до полного их заполнения. В период спуска
шиберы поднимают, и навоз через поперечные коллекторы 2, располо-
женные по обоим торцам помещений 12, удаляется. При этом масса само-
теком поступает в навозосборники насосных станций 1, которые далее
перекачивают ее по напорному навозопроводу 9 в цех 4 разделения
жидкого навоза на твердую и жидкую фракции (цех обезвоживания).
В цехе разделения установлены виброгрохот ГИЛ-52 и шнековый пресс
ВПО-20. Полученная твердая Фракция поступает на площадку 3, где
буртуется бульдозером до отправления ее на поля, а жидкая самотеком
поступает в один из распределительных колодцев 6 и через них —
в горизонтальные отстойники 5 вместимостью по 12 тыс. м3 каждый. По
мере отстаивания жидкая фракция из того или другого отстойника отка-
чивается станцией 1 перекачки и по напорному полевому жижепроводу 7
направляется на поля орошения или в полевые навозохранилища.
425
Часть жидкой фракции из отстойников 5 забирается цистернами-
разбрасывателями (типа РЖТ) и также вывозится на поля для внесения
в почву.
Часть осветленной жижи насосами направляется по рециркуля-
ционному трубопроводу 8 в помещения для промывания коллекторов.
Вся гидротранспортная сеть навозоудаления оборудована смотровыми
колодцами 10.
Рис. 230. Схема поточной технологической линии сбора и удаления навоза на сви-
новодческом комплексе «Восточный» Ленинградской области:
1 — цех осеменения свиноматок и первого периода супоросиости; II — цех свиноматок вто-
рого периода супоросиости; III — цех подсосных свиноматок с поросятами-сосунами; IV —
цех поросят-отъемышей (доращивания); V — цех откорма (10 помещений); / — продольные
навозоприемные каналы; 2 — смывные бачки; 3 — поперечные навозоприемные каналы;
4 — боковой коллектор; 5 — насосная станция; 6 — главный (поперечный) коллектор; 7 —
коллектор
На свиноводческих откормочных комплексах мощностью 54 и
108 тыс. голов в год применяют лотково-смывную систему гидроудале-
ния навоза (рис. 230). На комплексе удаляют навоз из помещения по
системе лотков, расположенных под решетчатыми полами, водой,
поступающей в лотки из смывных бачков. По продольным 1 или попе-
речным 3 навозоприемным каналам навоз поступает в коллекторы 7
и из них — в главный поперечный коллектор 6 комплекса. Насосная
станция 5 перекачивает навоз на очистные сооружения (первая сту-
пень) для обработки. Смыв навоза в каналах производится водой
через смывные бачки 2. В цехе откорма свиней, кроме главного кол-
426
лектора, проходящего поперек всех помещений комплекса, устроены
еще два боковых коллектора, проходящие через все десять свинарников
цеха откорма.
8.7. РАСЧЕТ ГИДРОТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ
НАВОЗОУДАЛЕНИЯ
8.7.1. Исходные данные. Исходными данными для расчета гидро-
транспортной системы навозоудаления являются: 1) производственная
мощность комплекса (фермы) и его специализация;
2) технология содержания животных, годовой график оборота
поголовья с учетом всех половозрастных групп и размещения их по
производственным помещениям;
3) объемно-планировочное решение комплекса и его цехов;
4) суточный выход qt кала и мочи от различных половозрастных
групп животных;
5) физико-механические и реологические характеристики навоза
(р, т], т0. f и др.);
6) бонитировочные данные о размерах животных по их группам;
7) технологическая схема поточной линии сбора, удаления, тран-
спортировки, хранения и обработки навоза.
Полный расчет гидротранспортной системы выходит за пределы
программы данного курса, так как гидравлический расчет потерь
давления и выбор напорного оборудования насосных станций с необ-
ходимой полнотой рассматриваются в курсе гидравлики.
Суточный выход qt.,, (кг) кала и мочи от одного животного i-й группы
и суточный расход в технологически неизбежных остатков воды на
одно животное (1—3 кг) позволяют найти расчетный объемный рас-
ход Wi л (м3/с) для каждого канала по формуле
^t.K = mt (7z.h + qt.в)/(86 400рж.„),
где mi — число животных, обслуживаемых t-м каналом;
Рж.н— усредненная плотность жидкого навоза (рж н = 1060 кг/м3).
Методику расчета каналов самотечных систем навозоудаления
разработал В. В. Калюга [5]. Эта методика предусматривает необходи-
мость определения-удельного объемного расхода qio [м3/(с-м)], т. е.
расхода, отнесенного к 1 пог. м длины канала,
<7/.0 = i.к/(В= пц (qi.u + qt.M^ 400ВкЬ^р^н),
где Вк — ширина канала, м.
8.7.2. Расчет каналов. Наиболее сложно в расчете самотечных
систем навозоудаления определить параметры продольного навозо-
приемного канала.
Длина самотечных каналов обусловлена размерами типовых жи-
вотноводческих помещений, рассчитанных на размещение в них опре-
деленного поголовья при выбранной ранее технологии содержа-
ния.
427
Так, при групповом содержании свиней в станках длина £/гр
канала для i-й половозрастной группы составит
— А,
где fiK — фронт кормления, приходящийся на одно животное, м;
А — часть канала в его начале, выходящая за территорию стан-
ков или стойл и перекрываемая сплошной плитой (А =
= 0,5—1 м).
Для помещений, где животные содержатся в индивидуальных
станках или боксах, длина канала определится из выражения
^Ч.ин ~
где гс — число станков или боксов в одном ряду, обслуживаемом
i-м каналом;
Вс — ширина станка или бокса, м.
Для уменьшения длины каналов поперечный коллектор размещают
не в торцовой части помещения, а в его середине по короткой оси.
Бесперебойная работа горизонтальных самотечных каналов обеспе-
чивается при длине их до 50 м. Рекомендуемый небольшой уклон
(iK = 0,005—0,006) предусматривают только для форсирования потока
смывной воды при периодической чистке каналов (один раз в 3—4 мес).
Ширина самотечных каналов в свинарниках связана с размерами
(длиной) животных, так как зону дефекации располагают над кана-
лами параллельно ряду кормушек (рис. 231).
С учетом зоотехнических и санитарно-ветеринарных требований
ширина каналов определится:
при групповом станочном содержании
Вк^/ж-(Д+£)), (331)
при содержании свиней в индивидуальных станках
Вк^(Лс-/ж) + /р.п, (332)
где /ж и £с — длина животного и станка соответственно, м;
А —ширина сплошной бетонной полосы между кормушкой
и каналом, предотвращающая попадание корма в канал,
м;
D — 2/3 ширины кормушки, занимаемой головой животного
при кормлении, м;
/рл1 — доля ширины решетчатого пола, на котором находится
животное при кормлении (/рп = 0,3—0,4 м).
В целях унификации размеров строительных изделий решетки,
укладываемые поперек каналов, имеют длину примерно 1 м (см. рис.
225). В связи с этим ширину каналов принимают равной 0,9 м.
Самым важным конструктивным параметром самотечной системы
является глубина Нк каналов, так как от правильного выбора этой
величины зависит режим течения навозной массы в канале, а следо-
вательно, и надежность работы всей системы.
428
Руководствуясь расчетной схемой навозоприемного (продольного)
канала (рис. 232), определяют минимальную глубину в головной его
части, при которой может нормально протекать самосплав навозной
массы под действием силы тяжести.
a
Рис. 231. Расчетная схема к определению ширины навозоприемных каналов в сви-
нарниках:
° — при содержании свиней в групповых станках; б — то же в индивидуальных станках
Начальная глубина Н„л самотечного канала определится по
формуле
^н. к ^0 ^сл Йзап,
а конечная глубина
к= йГШр 4~ /гсЛ Н~ йзап Н~ ho > (333)
429
гДе hno? — высота порожка, м;
Д/г — превышение высоты порожка над дном канала в начальной
его части, т. е. Д/г = йпор — z, если z — isLK — разность
отметок начала и конца канала (Д/г = 0,05 — 0,1 м);
/?о — минимальная (начальная) глубина потока, при которой
возможно движение вязкопластической массы по каналу, м;
hCil — толщина слоя жидкости над порожком (слив) (/гсл = 0,05—
0,1 м);
йзап — высота «запаса», т. е. минимально допустимое расстояние
от наивысшего уровня массы в начале канала до решет-
чатого пола (йзап = 0,3—0,35 м);
ia — уклон дна канала (для самотечных каналов гд = 0—0,06),
Рис. 232. Расчетная схема к определению длины и глубины самотечного канала
Начальная (минимальная) глубина потока h0, при которой возмож-
но течение вязкопластической массы по плоскости сдвига, определяется
реологическими свойствами этой массы (ползучесть, текучесть). При-
ближенно h0 может быть определена как h0 = in0BLK, если имеются
достоверные данные о величине гидравлического уклона tn0B, т. е.
уклона поверхности навозной массы. По нашим наблюдениям, in0B
колеблется в широких пределах; для свиного жидкого навоза усред-
ненное значение tn0B — 0,001—0,015. Для учебных расчетов можно
принять iII0B = 0,015, тогда угол естественного откоса массы составит
менее 0,5°.
Однако рассматриваемая расчетная схема (рис. 232) не учитывает
динамических свойств потока, т. е. не связана с его скоростью и рас-
ходом, и не дает возможности обосновать ширину канала, которая
не может быть выбрана произвольно.
Известно, что любое сыпучее тело при истечении его из отверстия
на горизонтальную плоскость располагается на ней в виде конуса
с углом естественного откоса, заключенным между образующей конуса
и горизонтальной плоскостью. Такая же картина будет наблюдаться
430
и при истечении текучего вязкопластического вещества с той лишь
разницей, что угол естественного откоса будет иметь очень малую
величину.
Кроме показателей вязкости г) и предельного напряжения сдвига т0,
для оценки подвижности вязкопластической среды используют высоту
конуса или толщину слоя, образующегося при растекании жидкости
по горизонтальной плоскости. По Н. В. Тябину, критическая высота
слоя hKp, обеспечивающая формоизменяемость вязкопластической сре-
ды, определяется выражением
йкР = т0/(Р£). (334)
При растекании по горизонтальной плоскости безграничных раз-
меров жидкость прекратит движение, как только толщина слоя до-
стигнет критического значения hKp. Для обеспечения течения жидкости
по каналу требуется выполнить условие /iomin +Р + б, где б —
дополнительная высота, учитывающая стесненные боковыми стенками
условия деформации вязкопластической среды в канале.
В. В. Калюга рекомендует для каналов единичной ширины (В = 1 м)
пользоваться формулой
^ornin — 1+2T0LK/(pg). (335)
В. А. Зуев и А. А. Ковалев, решая ту же задачу, предложили мини-
мальную глубину h'a потока определять без учета величин hc„ и h3a„,
т. е. h'o = Н'н,к — /1пор. При этом, исходя из условий статики потока,
т. е. оценивая сопротивление движению только величиной предельного
напряжения сдвига т0, они пришли к выражению
h'0 = r0/V%0pg/L.
Тогда расчетная формула для определения глубины канала в его
начальной части будет иметь вид
к = L[y r0/(Lpg) + 2сок/( Bpg) ] + (то//тор^/£) + /inop, (336)
где coK — коэффициент сопротивления движению навоза по боковым
стенкам канала.
Начальная и конечная глубина поперечного коллектора могут
быть определены по формулам:
^кол.н==#н. к+ (0>35-0,4),
КОЛ. К — HfS.K + ^'Кс+д-
где £кол — длина коллектора, м;
1д — уклон дна коллектора (i\K = 0,01).
Для практических расчетов В. В. Калюга разработал номограмму
(рис. 233), основанную на уравнениях (333) и (335). Он рекомендует
выбирать глубину каналов в зависимости от их длины и с учетом дей-
ствительной влажности навозной массы, главным образом и опреде-
ляющей ее текучесть.
431
8.7.3. Расчет насосной станции. Суммарную объемную подачу
(м3/с) насосной станции и число насосов определяют, исходя из
необходимости периодического смыва продольных каналов, требу-
ющего наибольшего расхода осветленной жижи или условно чистой
технической воды. При этом требуется выполнить условия, чтобы
скорость потока смывной жидкости была больше скорости заиливания.
Нк,км
Рис. 233. Номограмма для определения глубины самотечных каналов в зависимо-
сти от их длины LK и влажности В навозной массы:
1 _ в = 80,5%; 2 — В = 87,5%; 3 — В = 88,5%; 4 — В = 89,5%; 5 — В = 90,5%;
6 — В — 91,5%; 7 — В = 92,5%
Принимают цсм = Wa/BJiejl (1 — 1,1), где ц.„ — скорость потока
при смыве, м/с; Вк — ширина канала, м; йсл — высота движущегося
слоя смывной жидкости (/гсл = 0,05—0,1 м).
По напорной характеристике На (рис. 234) насосы подбирают таким
образом, чтобы выполнялись следующие условия:
v; АЯсм + АЯсв.д и Ян^ V АЯтр + АЯсв д,
где — общие потери давления в смывной линии навозопро-
вода, Па;
2АЯтр —общие потери давления в транспортной линии, т. е.
в магистральном напорном навозопроводе, Па;
Д м — свободное давление массы на выходе из навозопровода
[АЯСВ.Д = (50 - 100) КПа].
432
Рис. 234. Напорные характеристики (о) насоса 5ФВ-6 на свином навозе и зависи-
мости коэффициентов К. = f (1g ReJ для различных насосов (б) при перекачке
кормовых смесей:
° — рабочие характеристики при влажности В навоза: 1 — В = 90%; 2 — В = 92,6%;
3 — В 96,5%; 4 — вода; б; —о— насос, 2.5НФ; —|--~4НФ; — Д— опытный
В свою очередь принимают SA/7CM = &НЯ + А/7М + A/7r; 2А/7Тр==
= ДЯЛ + А/7М + АЯГ, где АЯ,— линейные потери давления, Па;
А/7М — местные потери, Па; АЯГ — геодезические потери давления,
т. е. потери на преодоление разности высот между кондом и началом
магистрального навозопровода, Па.
Линейные и местные потери в смывной и транспортной линиях
навозопроводов и их диаметры рассчитывают по обычной методике
гидравлического расчета. При этом следует учитывать, что рабочие
характеристики насосов приводятся в ГОСТах обычно при работе
на воде. Важно получить расчетные зависимости для пересчета харак-
теристик с воды на жидкий навоз. Для этого используют данные стен-
довых испытаний насосов на навозе (рис. 234, а), которые свидетель-
ствуют, что при понижении влажности навоза подача насоса сни-
жается, потребная мощность возрастает по сравнению с мощностью
при работе насоса на воде [51]. Для определенной влажности навоза
характерно свое положение характеристики И = f (W) насоса, что
значительно усложняет его выбор. Поэтому пересчет можно сделать
на основании теории подобия, учитывая, что при работе насоса как
на воде, так и на другой жидкости коэффициент ns его быстроход-
ности остается постоянным и равным ns = 35n VW/H314.
Следовательно, можно записать
V wB/H3B14
где IFB и Нв — соответственно подача и давление насоса при работе
на воде; W„ и Я„ — то же при работе на навозе.
Из этого соотношения следует, что давление, подача и потребная
мощность для проектируемого насоса будут
Ha = kHHB, WB^kwWB, NH = kNNB, (337)
где kH, kw, kN — опытные коэффициенты, зависящие от Rej (рис.
234, б).
При этом
= Re! dr),/p, (338)
где d — диаметр рабочего колеса насоса, м;
т]э — эффективная вязкость, Па-с;
р — плотность навоза, кг/м3.
На графиках (рис. 234, б) представлены опытные зависимости
= f (lg Rej); kw= f (1g Rej); fe№=f(lgRe!) для различных на-
сосов и дисперсных систем [51]. При этом Rej =К7р/с?г)э.
8.7.4. Расчет пневматической установки (типа У ПН-15). Расчет
сводится к определению подачи продувочного котла (камерного пита-
теля), потребного расхода воздуха и объема ресиверов. Подачу воз-
духа компрессорной установкой необходимо определять с учетом дли-
тельности рабочего цикла /ц, включающего время загрузки котла t3,
время подачи ta, потери времени А/ на подготовительные операции.
434
При одном продувочном котле фактическая подача навоза (м3/с)
будет равна
№ф=Уп.к//ц, (339)
где Упк — вместимость продувочного котла с объемом ИК(УПК =
= 0,9 VK).
Продолжительность загрузки составит t3 — Va.K/W', продолжитель-
ность подачи (транспортировки порции навоза) t„ = Gp/vcp.Tp, где /тр —
дальность транспортирования, м; усртр — средняя скорость тран-
спортирования [уср.тр О — 1,1) м/с].
При использовании в установке двух продувочных котлов факти-
ческая подача 1ГФ (м3/с) установки будет
где tn — поголовье, обслуживаемое от одной пневмогидротранспорт-
ной установки, голов;
q..,,3 — среднесуточная норма выхода жидкого навоза от одного
животного;
4ут — время работы установки в сутки, ч;
р — средняя плотность жидкого навоза (р = 1065 кг/м3).
Расход сжатого воздуха 1ГКОМ (м3/с) — производительность ком-
прессора — рассчитывается по формуле
(340)
где Др — потери давления в транспортной системе, равные 10—30%
от полного давления в системе;
ф — коэффициент запаса;
Рат». — атмосферное давление (ратм « 0,1 МПа).
Для обеспечения устойчивой работы пневматической установки
с заданным расходом № (м3/с) и более полного освобождения магистраль-
ного навозопровода от остатков навоза объем ресиверов Vp должен
быть равен сумме объемов навозопровода и продувочного котла, т. е.
Vp = 0,25nd|p/4-Vn.K, (341)
где dTp — диаметр навозопровода, м;
I — длина транспортной сети, м.
При выборе компрессора по его технической характеристике сле-
дует помнить, что давление, создаваемое компрессором, должно на
10—12% превышать расчетное давление в продувочном котле.
8.8. СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ ЖИДКОГО НАВОЗА
8.8.1. Классификация способов обработки жидкого навоза. Мас-
совое строительство крупных животноводческих комплексов и спе-
циализированных ферм породило сложную народнохозяйственную
проблему рационального использования жидкого навоза, количество
которого достигает 3000 т в сутки на свиноводческих и 2500 т — на
комплексах крупного рогатого скота.
435
В практике известны два основных направления утилизации на-
воза — это использование его в качестве органического удобрения
в исходном или переработанном виде и в качестве сырья для произ-
водства различных добавок в корм животным и птице, так как в на-
Естественное Механическое Электрохимиче- х ® ская коагуляция g g g и электрофлота- ция ? <?
Фильтрующие аппараты Осадительные аппараты
Горизонталь- ные отстойники Вертикальные , отстойники | Фильтрующие центрифуги Динамические фильтры Виброгрохоты Пресс-фи льтры Вакуум- фильтры Осадительные центрифуги Сепараторы
Твердая фракция
Буртование Приготовление высококон- центрированных удобрений Получение кормовых добавок
Жидкая фракция
Удобрение и орошение Использование на ре- циркуляцию в системе навозоудаления Выращива- ние водо- рослей Использование в каче- стве среды для полу- чения кормовых добавок
Рис. 235. Классификация способов переработки жидкого навоза
(по разработкам В. В. Калгоги)
возе находится до 15—25% неиспользованных питательных веществ
кор ма.
На рис. 235 представлена классификация различных способов
обработки жидкого навоза, составленная по разработкам В. В. Калюги
[51]. Как видно из схемы, для использования жидкого навоза приме-
няют три основных способа — гомогенизацию, компостирование и
436
разделение его на твердую и жидкую фракции с последующим исполь-
зованием их в отдельности.
Наибольший интерес представляют такие способы обработки на-
воза, которые позволяют более полно использовать содержащиеся
в нем органические соединения и питательные вещества для растений.
Самым древним и распространенным способом утилизации навоза
является использование его без какой-либо дополнительной обработки.
Это относится к подстилочному (твердому) навозу.
На комплексах с бесподстилочным содержанием животных полу-
чают жидкий навоз влажностью 90—98% из-за попадания в каналы
технологически неизбежных стоков, а также за счет специального
добавления технической воды, необходимой для обеспечения процесса
удаления навоза.
Компостирование навоза. Одним из способов обработ-
ки жидкого навоза является компостирование его с торфом и добавле-
нием минеральных удобрений в специальном цехе или на фабрике.
Такой способ обогащения жидкого навоза применяется в районах,
где имеется достаточное количество подстилочных материалов (торф,
солома, опилки и др.).
Данная технология успешно применяется на свиноводческом комп-
лексе «Новый свет» Ленинградской области. Здесь в состав фабрики
компостов входят: смесительный корпус со складом готовой продук-
ции, подземная и надземная галереи для подачи минеральных удобре-
ний. Транспортная галерея с пересыпным пунктом для подачи торфа,
склад торфа, разгрузочная железнодорожная эстакада и склад мине-
ральных удобрений.
На 1 т навоза добавляют 600—700 кг торфа и 4—20 кг минеральных
удобрений.
Доставленные потребителю компосты штабелюют на специально
отведенных площадках и выдерживают в буртах до полного их созре-
вания. При этом происходит их обеззараживание за счет протекания
биотермического процесса.
Разделение жидкого навоза на фракции. Даль-
нейшая концентрация поголовья и, следовательно, увеличения выхода
навоза сверх «критического» значения должны сопровождаться про-
цессом «обогащения» его. Одним из наиболее рациональных способов
такого обогащения является разделение навоза на фракции с выделе-
нием основной массы питательных веществ в. твердую фракцию и пол-
ной очисткой выделенной воды для использования ее в обороте пред-
приятия или сброса в открытые водоемы. Все способы разделения на
фракции и обезвоживания жидкого навоза условно можно разделить
на естественные, механические, электрохимические и термические.
Для каждого способа применяют соответствующее технологическое
оборудование.
Естественное разделение жидкого навоза
происходит под действием гравитационного поля в горизонтальных
и вертикальных отстойниках. Эти устройства просты, но естественное
отстаивание навоза не происходит, если влажность его менее 90%.
437
Производительность отстойников невелика, они громоздки и дороги.
Однако отстойники находят применение в технологических линиях раз-
деления животноводческих стоков.
Так, горизонтальные отстойники-навозонакопители (рис. 236)
цикличного действия в течение ряда лет эксплуатируются на свино-
откормочной фабрике совхоза «Заволжский» Калининской области.
Жидкая фракция из верхних слоев сбрасывается через шандорные
затворы. Осадок влажностью 92—94% подвергается дальнейшему
-»---*— Напорный- трубопровод
---------Самотечная сеть канализации
---------Дренажные траншеи
Рис. 236. Отстойник-навозонакопитель совхоза «Заволжский» Калининской об-
ласти:
I — колодец с выпуском; 2 — колодец с верхним сбросом; 3 — колодец с шандорным затвором;
4 — донный дренаж
обезвоживанию (до влажности 75—80%) за счет испарения влаги с по-
верхности и фильтрации через донный дренаж. Дренажная вода са-
мотеком поступает в приемный колодец насосной станции, откуда
ее используют на орошение. Осадок после двухмесячного подсушива-
ния выгружают экскаватором и вывозят на поля.
Механическое разделение жидкого навоза
производят при помощи фильтрующих и осадительных машин и аппа-
ратов. Общим недостатком всех фильтрующих машин являются высо-
кая влажность получаемой после фильтрации твердой фракции, поэтому
их применяют только для предварительного грубого разделения навоза.
Из фильтрующих машин и аппаратов наибольшее распространение
в нашей стране получили вибросита, или виброгрохоты, и пресс-
фильтры.
438
Так, в совхозе «Белая дача» Московской области на откормочной
свиноферме разделение навоза на твердую и жидкие фракции произ-
водится на виброгрохоте и шнековом пресс-фильтре (рис. 237, а).
Технологический процесс разделения навоза осуществляется сле-
дующим образом. Жидкий навоз из свинарников поступает в резер-
вуар 1, где он перемешивается лопастными мешалками 2 до однородной
массы. Из резервуара навозная масса самотеком через регулирующую
задвижку 3 поступает на виброгрохот 4 для предварительного пони-
Рис. 237. Технологические схемы поточных линий переработки жидкого навоза
с разделением на фракции:
а — методом вибрации на виброгрохоте ГИЛ-52 и прессования на виноградниковом пресс-
фильтре ВПО-20 (совхоз <Белая дача» Московской области); б — методом осаждения в цент-
рифуге ОГШ-500 (ферма «Телеиешты» Молдавской ССР)
жения ее влажности от 90—95 до 80—85%. Из виброгрохота навоз-
ная масса сбрасывается в шнековый пресс-фильтр 5, где происходит
окончательное разделение навоза на фракции. Твердая фракция наво-
за влажностью 65—70% из пресса поступает на скребковый транспор-
тер 6, который подает навоз в транспортные средства 7 для отправки
на буртование. Жидкая фракция (фильтрат) от виброгрохота и пресс-
фильтра по трубопроводу отводится в жижесборник 8.
Производительность установки по исходной навозной массе более
27 кг/с. Обслуживает установку один человек.
Твердую фракцию навоза, полученную после разделения на шне-
ковом пресс-фильтре, складируют в бурты и после хранения в тече-
ние 3—4 мес используют в качестве органического удобрения.
В жидкой фракции остается 2—3% твердых частиц навоза и до
30% яиц и личинок гельминтов, что препятствует использованию ее
439
'I
в непереработанном виде для полива полей. Кроме того, биохимичес-
кая потребность в кислороде (БПК) этой фракции составляет более
3000 мг/л, что не позволяет сбрасывать ее в местные водоемы.
Из осадительных машин для разделения навоза применяют центри-
фуги типа ОГШ (осадительная горизонтальная шнековая) и центри-
фуги со скребковой выгрузкой осадка.
В Молдавской ССР на откормочной свиноферме «Теленешты» Теле-
нештского районного объединения «Межколхозоткорм» используется
опытная установка для разделения навоза на фракции путем центри-
фугирования (рис. 237, б). Она состоит из лопастной мешалки 2, дис-
кового измельчителя 3, поршневого насоса 4 (НПМ-28), центрифуги 5
(НОГШ-500), шнекового 6 и скребкового 7 транспортеров.
Технологический процесс обработки навоза протекает в следующей
последовательности. Навоз из свинарников поступает в навозосбор-
ник 1, где перемешивается лопастной мешалкой 2 и после измельчения
в измельчителе 3 поршневым насосом 4 подается в центрифугу 5.
Отделенная центрифугой твердая фракция по отводящему патрубку
направляется в шнек и далее скребковым транспортером 7 в прицеп
для вывоза на поля в бурты. Жидкая фракция по трубопроводу отво-
дится в жижесборник 9.
8.8.2. Классификация и устройство разделителей дисперсных сис-
тем. Для разделения на фракции грубодисперсных систем, аналогич-
ных навозу, существует несколько методов и различные конструкции
машин, аппаратов и устройств, называемых разделителями. В общем
случае можно выделить три больших класса: фильтрующие, осадитель-
ные и флотационные.
На рис. 238 представлена классификация разделителей, выполнен-
ная с учетом природы сил, действующих на материал, и характера про-
цесса разделения.
К фильтрующим аппаратам относятся собственно фильтры, в кото-
рых используются поверхностные силы, создаваемые столбом
жидкости, насосом, компрессором или вакуум-установкой, и фильтрую-
щие центрифуги, работающие под действием центробежных сил вра-
щательного движения.
Осадительные аппараты делятся на гравитационные (отстойники)
и центробежные осадители. В зависимости от способа создания центро-
бежного поля последние подразделяют на гидроциклоны и центри-
фуги. В гидроциклонах центробежное поле возникает вследствие вра-
щения неоднородных систем относительно неподвижных цилиндри-
ческих поверхностей, а в центрифугах — вследствие вращения неод-
нородной системы вместе с рабочим органом-барабаном, внутри кото-
рого находится разделяемая система (например, в молочном сепара-
торе).
Применительно к процессам разделения на фракции и обработки
жидкого навоза наибольшее применение получили отстойники, фильт-
ры, а также осадительные и фильтрующие центрифуги.
На рис. 239, а показана схема вибросита, работающего в по-
точной линии очистных сооружений комплекса «Кузнецовский» Мос-
440
ковской области в цехе механической обработки. Вибросито состоит
из корпуса 8, выполненного в форме кольца. На корпус натянута сет-
ка 7 из нержавеющей стали с отверстиями 0,8 X 0,8 мм. Вибратор 6
сообщает корпусу колебания. Корпус опирается на пружинные амор-
тизаторы 4. Навоз на обработку подается по трубе 1. Фильтрат 3,
содержащий около 1% сухого вещества, собирается в корпусе 5,
Рис. 238. Классификация разделителей дисперсных систем
а образовавшийся осадок влажностью 85% скатывается к периферии
сита и отводится через лоток 2. Объемный расход вибросита 0,0015 м3/с.
Осадительная центрифуга ОГШ-500 (рис. 239, б)
состоит из двух барабанов 3 и 8, вращающихся с различной окружной
скоростью. Внутренний барабан 8 имеет окна 5 питания, через которые
разделяемая масса направляется к шнеку 4, перемещающему осадок
по внутренней поверхности конической части барабана 3. Относитель-
ная скорость вращения передается шнеку 4 от барабана 8 через плане-
тарный редуктор 7.
Жидкий навоз по питательной трубе 1 подается к загрузочным ок-
нам 5 шнека 4 и в барабан 3. Под действием центробежного поля про-
исходит осаждение частиц, имеющих плотность больше, чем плотность
441
осветленной жидкости. Осадок отбрасывается к стенкам конической
части барабана и шнеком, вращающимся с меньшей скоростью, пере-
мещается к разгрузочным окнам 6, а осветленная жидкость оттесняется
к выпускным окнам 9. В конической части центрифуги под действием
центробежного поля происходит фильтрация жидкой фазы через зазор
между витками шнека и барабаном 3, т. е. его сушка. Вращение центри-
фуге сообщается ременной передачей через шкив 2.
Центрифуга ОПП-500 имеет диаметр барабана 0,5 м, объемный рас-
ход (по навозу) до 0,004 м3/с. Мощность электродвигателя 28 кВт.
Рис. 239. Схемы разделителей жидкого навоза:
а — вибросито; б — осадительная центрифуга ОГ1П-500;
в — фильтрующая центрифуга УОН-700М1 (конструкции
ВНИИМЖ); <2 — одноярусный отстойник непрерывного дей-
ствия: 1 — суспензия; 2 — осветленная жидкость; 3 — оса-
док; 4 — скребки; 5 — лопасть вала; 6 — кольцевой желоб;
7 — цилиндрический резервуар
На рис. 239, в показана схема фильтрующей центри-
фуги УОН-700 Ml (конструкции ВНИИМЖа), рабочим органом кото-
рой является ротор 4 с перфорированной поверхностью (отверстия
0 1,5 мм). Ротор 0 0,5 м и длиной 0,4 м имеет частоту вращения
15 с-1. Объемный расход фильтрующей центрифуги составляете,014м3/с,
т. е. значительно больше расхода осадительной центрифуги ОГШ-500.
Фильтрующая центрифуга работает следующим образом. Подавае-
мая по трубе 8 масса направляется на решетку ротора 4. Под действием
центробежного поля жидкая фракция (фильтрат) 7 фильтруется через
решетку, а образовавшийся осадок 1 снимается скребком 5 и выррузным
шнеком 2 выводится из машины. Скребок 5 поджимается к решетке
за счет груза, подвешенного к рычагу в корпусе 3. Центрифуга при-
водится в работу электродвигателем б.
8.8.3. Цех обработки жидкого навоза с разделением его на фракции.
Общая схема обработки. По результатам исследований,
проведенных ВНИИМЖем, НИПТИМЭСХом Нечерноземной зоны
442
рСФСР, ВИЖем и другими, а также широкой производственной про-
веркой на действующих животноводческих комплексах установлено,
что обработка бесподстилочного навоза с разделением его на фракции
является наиболее эффективной и перспективной для условий промыш-
ленного животноводства.
Твердая фракция навоза, получаемая после разделения, влажностью
около 80% обладает сыпучестью, и при складировании в бурты в ней
протекают естественные биотермические процессы обеззараживания
и созревания. Бурты закладывают на бетонированных площадках или
непосредственно в поле. Твердая фракция выдерживается в них
до 1,5—2 мес — до завершения процесса биотермического обеззара-
живания (дегельминтизация).
Жидкая фракция в течение недели выдерживается в карантинных
накопителях-отстойниках и проверяется на отсутствие в ней возбуди-
телей инфекционных заболеваний. При отсутствии инфекционных
возбудителей жидкая фракция из карантинных отстойников вывозится
или перекачивается по трубам в полевые жижехранилища с последую-
щей утилизацией путем внесения в почву, а также используется для
рециркуляции в системе удаления навоза.
Вблизи от животноводческих помещений (200—500 м) строится
специальный цех для обработки жидкого навоза, включающий следую-
щие сооружения: пункт разделения навоза; отстойники-накопители
жидкой фракции; площадку для твердой фракции; насосные станции;
навозоприемники и жижесборники.
В технологическое оборудование цеха разделения входят: установка
для разделения жидкого навоза на твердую и жидкую фракции (вибро-
сито, пресс-фильтр, центрифуга и т. п.); транспортеры для подачи
твердой фракции из помещения на площадку; бульдозер для буртова-
ния твердой фракции; насосы для перекачки навоза в исходном состоя-
нии и жидкой фракции.
Поточная технологическая линия обра-
ботки жидкого навоза с разделением на фрак-
ции (разработка В Н И И М Ж. а). Из животноводческого
помещения 11 (рис. 240) жидкий навоз самотеком удаляется через наво-
зоприемные каналы 12 и поперечный коллектор 10 и по напорному наво-
зопроводу 8 поступает в навозосборник насосной станции 9 перекачки.
Насосная станция подает жидкий навоз на фильтрующую центрифугу 7
марки УОН-700М1, которая разделяет его на фракции.
Твердая фракция наклонным ленточным транспортером 6 выводится
из помещения на площадку, где бульдозером 5 перемещается по пло-
щадке от кучи 4 на хранение в бурт 3 высотой до 2 м, шириной 3—4 м
и длиной, соответствующей 3—6-суточному накоплению. Через 1,5—
2 мес хранения прошедшая в буртах биотермическую обработку твер-
дая фракция тракторными прицепами 2 или автосамосвалами транспор-
тируется на поля, где плотно укладывается в штабеля 1.
Жидкая фракция (фильтрат) после центрифуги по самотечному
трубопроводу 13 с распределительной гребенкой на выходе отводится
в один из отстойников-накопителей 16, где выдерживается семь дней,
443
1
и затем погружными насосами 18 марки НЦВ-1 перекачивается в цис-
терны 19 или в полевые жижехранилища 20. Часть жидкой фракции
по трубопроводу 15 направляется в животноводческие помещения И
на рециркуляцию.
Отстойники-накопители 16 сблокированы с помещением цеха раз-
деления таким образом, что основная часть их расположена в поме-
щении, а остальная часть, отделенная фильтрующей перегородкой
(шандорный затвор) 17, — вне помещения, и в ней собирается только
осветленная жидкость. Это позволяет весь осадок, образующийся
в отстойнике-накопителе, собрать в одном углубленном месте и пери-
одически откачивать его по трубопроводу 14 возврата в центрифугу 7
Рис. 240. Схема поточной технологической линии обработки жидкого навоза с раз-
делением на фракции и осветлением жидкой фракции в отстойниках-накопителях
на повторное разделение. Выгрузка осадка производится также с по-
мощью погружного насоса НЦВ-1, подающего осадок в центрифугу 7
через напорный навозопровод 8.
В случае необходимости производится дезинфицирующая обработка
жидкой фракции, выполняемая с помощью погружных насосов в отстой-
никах-накопителях, работающих по схеме рециркуляции с забором
жидкой фракции из нижней части отстойника и сбросом ее в верхнюю
часть на глубине 200—300 мм от поверхности. Дезинфицирующий рас-
твор подается в зону погружения насоса.
Рассматриваемая схема обработки позволяет утилизировать
жидкий навоз путем внесения его в почву и применима в тех случаях,
когда расположенные вблизи комплекса пахотные угодья, долголет-
ние культурные пастбища или теплицы могут поглотить весь выход
навоза без избытка и последующего накопления.
Однако на крупных свиноводческих комплексах суммарный выход
жидкого навоза очень большой, и образуется избыток жидкой фракции,
которая может быть направлена в открытые водоемы только при усло-
вии полной химической и биологической очистки с показателем пяти-
444
суточного биологического потребления кислорода (БПКб) не выше
5S-6 мг/л. Такая очистка достигается комбинированной механической
и биологической обработкой.
8.8.4. Система очистных сооружений с полной комбинированной
очисткой жидкой фракции. Комбинированная обработка жидкого
навоза получила широкое распространение у нас в стране на круп-
ных промышленных свиноводческих комплексах (на 108 тыс. свиней)
с замкнутым циклом производства.
Рис. 241. Технологическая схема обработки жидкого навоза на свиноводческих
комплексах с производством 108 тыс. голов в год:
/ — насосная станция; 2 — иавозопровод; 3 — трубопровод барботажа; 4 — резервуар-
питатель; 5 — виброфильтр; 6, 7, 8 — горизонтальный и наклонные транспортеры; 9 —
буикер-дозатор; 10 — пиевмобарабаниая сушилка; 11 — печь с горелкой; 12 — пневматиче-
ский транспортер печи; 13, 14 — камеры выдержки (декантации) высушенного навоза; 15 —
загрузочный шнек; 16 — мешки для сухого навоза; 17 — трубопровод подачи фильтрата;
18 — промежуточная емкость; 19, 26 — насосы; 20, 3! — аэротенки; 21 — вертикальный
аэратор; 22 — трубопровод подачи возвратного ила; 23 — отстойник; 24 — линия подачи
ила в промежуточную емкость; 25 —- промежуточная емкость; 27 — иловая площадка;
28 — приемный резервуар; 29— аэробный сбраживатель; Ji?— первичный отстойник;
32 — песковые и иловые площадки; 33 — вторичный отстойник; 34 — контактный резервуар;
35 — резервуар очищенной воды; 36 — песчаный фильтр; 37 — резервуар для фильтрата
Комплекс очистных сооружений включает: цех механического раз-
деления стоков на жидкую и твердую фракции, цех термической обра-
ботки твердой фракции, первую и вторую ступени биологической обра-
ботки жидкой фракции, цех фильтрации биологически обработанной
жидкой фракции и ее хлорирования, а также систему иловых пло-
щадок.
Обработка навоза в этих комплексах осуществляется по технологи-
ческой схеме, представленной на рис. 241.
Из навозоприемного резервуара навозные стоки центробежными
насосами подаются в цех механической обработки, где на пятнадцати
динамических виброфильтрах 5 происходит отделение твердых частиц.
Фильтрат, содержащий около 1% сухого вещества, системой лотков
отводится в промежуточный резервуар 18, откуда центробежным насо-
сом перекачивается в аэротенки 20 первой ступени биологической
очистки.
445
Твердую фракцию влажностью около 85% горизонтальным в
и наклонными 7 и 8 транспортерами загружают в бункер-дозатор 9,
а из него в транспортные средства для использования в качестве удоб-
рения и биотоплива в парниках и теплицах.
Жидкая фракция, поступающая в аэротенки 20 первой ступени
очистки, имеет БПК5 до 200 мг/л. Аэротенками (3 шт.) служат бассейны
прямоугольной формы, длиной 40 м, шириной Ими глубиной 4 м,
вместимостью около 1600 м3 каждый. Все три аэротенка работают парал-
лельно и рассчитаны на двухсуточное пребывание в них жидкой фрак-
ции. Ее обработка осуществляется с помощью аэробных бактерий,
интенсивная жизнедеятельность которых обеспечивается за счет актив-
ного перемешивания массы и подачи в нее кислорода воздуха. Для этого
в каждом аэротенке установлено по шесть вертикальных поверхност-
ных механических аэраторов 21, выполненных в виде рабочего колеса
центробежного насоса с односторонним входом жидкости. При помощи
аэраторов жидкость из нижних слоев поднимается вверх и разбрасы-
вается над поверхностью. При этом кислород воздуха адсорбируется
на частицах жидкости и расходуется на биологический процесс очистки
сточной воды. Для лучшего перемешивания содержимого аэротенка
под каждым аэратором установлена вертикальная циркуляционная
труба. По мере поступления в аэротенк свежей жидкой фракции обра-
ботанная жидкость самотеком переливается в вертикальный отстойник
23, где оседает ил, а осветленная жидкость с БПК5 = 150—180 мг/л
самотеком поступает к насосной станции 26. Активный ил с концентра-
цией 14—17 г/л перекачивается в аэротенк 20, а избыточная часть его
подается на иловые площадки 27.
Дальнейшую очистку жидкой фракции до норм, допускающих сброс
в открытый водоем, осуществляют во второй ступени биологической
очистки сточных вод.
С насосной станции осветленная жидкость подается в первичный
отстойник 30 второй ступени очистки. Осевший ил поступает в аэроб-
ный сбраживатель 29, а жидкость перетекает в аэротенк 31 с воздушной
аэрацией. По дну аэротенка проложена фильтросная труба, в которую
подается воздух от воздуходувок, установленных в отдельном здании.
Воздух, выходящий через поры фильтроса, перемешивает жидкость,
а содержащийся в нем кислород используется аэробными микроорга-
низмами. Осветленная в отстойнике жидкость (расчетное БПКб не
должно при этом превышать 20 мг/л) поступает в контактный резер-
вуар 34, куда также подается хлорная вода. Активный ил возвращается
в аэротенки 31 и частично сбрасывается на иловые площадки 32.
После этого вода собирается в подземном резервуаре 35, откуда она
перекачивается на песчаные фильтры 36, затем снова хлорируется
с целью обеззараживания перед сбросом в водоем или использованием
на полях орошения. При сбросе в водоем БПКб ее должно быть около
6 мг/л.
Как свидетельствуют анализы лаборатории очистных сооружений,
БПК5 очищенной жидкости неустойчива и часто превышает нормы, до-
пускающие сброс в открытый водоем.
446
Капитальные затраты на строительство комплекса очистных соору-
жений составляют 2905,8 тыс. руб. при годовом выходе экскрементов
140,2 тыс. м3. В связи с большим разжижением навоза содержание
сухого вещества в стоках не превышает 2%.
8.9. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ РАЗДЕЛЕНИЯ
ЖИДКОГО НАВОЗА
8.9.1. Теория гравитационного осаждения. В рассмотренной поточ-
ной линии (рис. 240) обработки жидкого навоза важную роль играют
отстойники-накопители, в работе которых используется принцип
естественного осаждения взвешенных частиц в гравитационном поле
(отстаивание). Рассмотрим теорию процесса.
Сущность отстаивания состоит в том, что грубодисперсная система,
находящаяся в аппарате (рис. 239, а) в состоянии покоя или движу-
щаяся в нем с малой скоростью, разделяется на составные части (фрак-
ции) под действием силы тяжести. Для управления таким процессом
необходимо знать скорость осаждения частиц, время пребывания час-
тиц в аппарате, его конструктивные размеры и качество получаемых
фракций.
Определим скорость осаждения обособленной частицы шарообраз-
ной формы в жидкости [67]. На частицу диаметром d действуют: сила
тяжести G = nd3p4g/6; подъемная сила А = nd3 pcg/6; сила сопротивле-
ния среды, по Ньютону R — ^S (рс0ос/2), где рч и рс — плотности
частицы и среды, кг/м3; S — миделево сечение, т. е. площадь проекции
частицы на плоскость, перпендикулярную направлению ее движения,
м2 (S — nd?l4 — для шара); уос — скорость осаждения частицы, м/с;
§ — коэффициент сопротивления среды.
Движущая сила Р, под действием которой частица осаждается,
равна
Р = G - А - nd3g (рч - рс)/6. (342)
Сила R сопротивления среды направлена в сторону, обратную дви-
жению частицы, и состоит из сил трения и сил инерции. Силы трения
преобладают в случаях, когда имеют место небольшие скорости осаж-
дения, малые размеры частиц и высокая вязкость среды, т. е. при лами-
нарном движении, когда поток плавно обтекает частицу и не образует
за ней завихренных потоков; при этом число Рейнольдса Re 2.
При турбулентном движении (Re 500) за частицей образуются вих-
ри, и скорость осаждения ее уменьшается.
Коэффициент сопротивления среды g = 24/Re при Re 2; g =
= 18,5/Re при 500 > Re > 2; § = 0,44 при Re > 500.
Оседающая частица, двигаясь вначале ускоренно, через некоторое
время, когда сила R станет равной силе Р, начинает осаждаться равно-
мерно (с постоянной скоростью). Эта постоянная скорость называется
скоростью осаждения уос.
Подставляя в равенство Р = R их значения, получим nd3g(p4-~
" Рс)/6 = &td3/4) (рсс&/2),
447
откуда
₽ос «/4^ (о, -рс)/(3рс£)*
Для условий работы отстойников (ламинарный режим) при | =
= 24/Re и учитывая, что Re = voCd рс/т|э, получим известное выраже-
ние закона Стокса
Рос = ^(Рч-Рс)/(18пэ), (343)
где т]э — эффективная вязкость, Па-с.
Из формулы (343) следует, что скорость ламинарного осаждения
частиц прямо пропорциональна квадрату их диаметров, разности плот-
ностей частиц и среды и обратно пропорциональна вязкости среды.
Уравнение (343) справедливо для шарообразных частиц. Если осе-
дающая частица не шарообразна, ее эквивалентный диаметр d3 находят
по массе т или объему V
d3 = ^бУрГ = 1,24 = 1,24
Для частиц, имеющих не шарообразную форму, в расчеты вводят
поправочный коэффициент формы k^, равный для частиц'- округлой
формы —• 0,77; угловатых — 0,66; продолговатых — 0,58; пластин-
чатых — 0,43.
Кроме того, при выводе формулы Стокса мы исходили из предпо-
сылки, что имеем движение лишь одной обособленной частицы, осе-
дающей независимо от других частиц. В реальных условиях отстаива-
ния, происходящего в ограниченном объеме и при значительных кон-
центрациях твердых частиц, наблюдается стесненное движение, при
котором сопротивление движению частиц увеличивается. Для учета
влияния стесненности оседания также вводится коэффициент, завися-
щий от величины объемной доли ц твердой фазы в суспензии. При р =
= 0,02—0,1 коэффициент стесненности равен 0,85—0,52.
8.9.2. Расчет отстойников. При расчете отстойников определяют
их расход по осветленной жидкости и необходимую площадь поверх-
ности осаждения, а по ней — конструктивные размеры отстойника
заданной формы.
Количество осветленной жидкости и влажного осадка, получаемых
при разделении любой суспензии, находят из уравнений материального
баланса [67].
Пусть Мн — масса поступающего на разделение жидкого навоза
с содержанием в ней твердой фракции xt (%). В результате разделения
получают Мос (кг) влажного осадка с содержанием твердой фазы х2 (%)
и Мж (кг) жидкой фракции (осветленной жидкости). Пренебрегая
незначительным содержанием твердой фазы в осветленной жидкости,
можем записать уравнения материальных балансов:
по неразделенному навозу Mti = Moz + Л4Ж;
по твердой фракции Л4НХ1 = Мосх2.
Массу жидкой фракции можно найти, решая совместно ЭТИ урав-
нения,
Мж = Мп[1-(х1/х2)]. (344)
448
Если в результате отстаивания в отстойнике (рис. 239, ?) в течение
Бремени /ос суспензия разделяется на слой толщиной h осветленной
жидкости и слой сгущенного осадка, то объемный расход жидкости
составит
Wx = Fh/t0C, (345)
где F — площадь осаждения, м2.
Продолжительность ioc осаждения частицы на участке h составит
/ с = й/оос. Подставив значение /ос в уравнение (345), получим объем-
ный расход (м3/с) потока, обтекающего частицу,
^ = Fooc, (346)
Из полученного уравнения (346) видно, что объемный расход (про-
пускная способность) отстойника зависит от площади F и скорости
осаждения voc и не зависит от высоты отстойника. Поэтому одноярус-
ные отстойники [подобные отстойникам 23, 30, 33 на схеме комбиниро-
ванной обработки жидкого навоза (рис. 241)], изготовляют с развитой
площадью осаждения и небольшими по высоте (1—1,5 м). Для задан-
ного расхода суспензии потребная площадь осаждения F определяется
с учетом уравнения (346): F = 1Гж/у0С.
После подстановки значений = Л4ж/рж и Л4Ж из формулы (344)
получим необходимую площадь осаждения
F ~ 1 ,ЗЛ4Н [1 (-У1/Х2)]/(РжОоеАзе)г (347)
где 1,3 — коэффициент запаса, учитывающий увеличение площади
отстойника для компенсации потерь расхода от неравномерности пода-
чи суспензии на отстаивание.
Для того чтобы частицы в отстойнике успевали осесть и не уносились
потоком суспензии, необходимо, чтобы скорость движения суспензии,
обусловленная подачей ее в отстойник, была меньше скорости осажде-
ния частиц и чтобы время пребывания элемента потока в отстойнике
превышало продолжительность осаждения частиц.
8.9.3. Расчет фильтрующей центрифуги. В схеме ВНИИМЖа пер-
вичное (грубое) разделение производится на фильтрующей центрифуге?
(см. рис. 240), фильтрат из которой направляется в отстойники-нако-
пители для последующей обработки навозных стоков.
Технологический расчет фильтрующей центрифуги рассмотрим
по И. И. Лукьяненкову. Расчет предусматривает определение выхода
жидкой фракции, влажности ее и количества взвешенных в ней частиц.
Выход жидкой фракции, получаемой в результате разделения,
определяется по формуле
Мж = фМн, (348)
где ф — коэффициент, показывающий массовую долю выхода жидкой
фракции от общей массы навоза, %.
Коэффициент ф равен
ф = (Б — D)/[S — D (1-0,013)]. (349)
15 С. В. Мельников
449
A
Первый член числителя Б = Сос — Сф, где Сос — относительное
содержание сухого вещества в осадке (или в твердой фракции), %;
Сф — относительное содержание сухого вещества в фильтрате (или
в жидкой фракции), %.
Величина Сф определяется по формуле Сф = 27,5Сн/(100—0,725Сн),
где Сн — содержание сухого вещества в жидком навозе (до разделе-
ния), %.
Второй член числителя формулы (349) D = 1С0/Итф(1—0,01Сф)//Ин,
где Мн — масса жидкого навоза, поступившего на разделение, т;
Л4Т.Ф — содержание твердой фазы в исходном материале, т; Э — эффект
осветления суспензии (он равен для отстойников 80—90%, виброгро-
хотов и фильтрующих центрифуг 40—65%, для осадительных центри-
фуг 70—90%).
Влажность жидкой фракции составляет
Вж = Вн-В0(1-ф)/ф, (350)
где Вн, Во — влажность навоза и осадка соответственно, %.
Количество твердой фракции /Итф в жидком навозе можно опреде-
лить из зависимдсти: Л4тф = 725 • 10"5СнЛ1н.
Количество взвешенных частиц qB ч (г/дм3) в жидкой фракции равно
^в.ч = Ю3Л1Т.Ф (1 — 0,01Э)/Л4н. (351)
Раздел 9
МЕХАНИЗАЦИЯ ДОЕНИЯ КОРОВ
9.1. ТЕХНОЛОГИЯ МАШИННОГО ДОЕНИЯ
9.1.1. Физиологические основы машинного доения коров. Боль-
шой вклад в изучение рефлекторной молокоотдачи внесли советские
ученые-физиологи И. А. Барышников, И. И. Грачев, М. Г. Закс,
Э. П. Кокорина, Г. Н. Павлов, И. Г. Велиток и др., а в разработку кон-
струкций и исследование рабочего процесса доильных аппаратов —
ученые-инженеры В. Ф. Королев, Э. А. Кэлпис, Л. П. Карташов,
И. Н. Краснов, А. А. Скроманис, Н. Н. Викторова, Н. Н. Белянчи-
ков, В. П. Бабкин и др.
В результате постоянно протекающего процесса молокообразова-
ния молоко накапливается в вымени животного (рис. 242, а), причем
перед дойкой основная масса молока (80—90%) находится в альвео-
лах — мельчайших пузырьках, внутренняя поверхность которых выст-
лана слоем секреторных клеток.
По Э. П. Кокориной, молокоотдача — это сложная двигательная
реакция молочной железы, ведущая к вытеснению молока из альвео-
450
лярного отдела в молочные цистерны вымени, и представляет собой
лейрогуморальный рефлекс, вызываемый как безусловнорефлектор-
ным путем, т. е. воздействием раздражителей (теплоты, давления)
непосредственно на рецепторы нервной системы вымени, так и действием
условнорефлекторных стимулов, воспринимаемых другими анализа-
торами внешних раздражений (слух, зрение и др.).
В результате многократного осуществления доения в постоянных
условиях на ферме и совпадения во времени акта доения с определен-
ными факторами внешней среды (время, место, последовательность
операций на вымени, запуск в работу вакуум-насоса и др.) у коров
формируются условные рефлексы молокоотдачи и вырабатывается
устойчивый стереотип поведений при машинном доении.
Рис. 242. Рефлекс молокоотдачи:
а — строение вымени коровы: 1 —
артерия; 2 — вена; 3 — альвеолы;
4 — соединительная ткань; 5 — мо-
лочная цистерна; 6 — сфинктер;
7 — нервы; 8 — молочные протоки; 9 — сосок; б — график интенсивности молокоотдачи
в процессе выдаивания: / — молокоотдача; II — жирность; ОА — конец скрытого перио-
да; АВ — период интенсивной молокоотдачи (активного припуска молока); ВС —• окон*
чаиие припуска; СД — вторичный припуск при машинном додаивании
Молокоотдача, возникающая вследствие непосредственного раздра-
жения рецепторных зон сосков и вымени, называется безусловнореф-
лекторной. Молокоотдача, возникающая в результате действия внеш-
них раздражителей на нервную систему через иные анализаторы жи-
вотного (зрительный, слуховой, обонятельный и пр.), называется
условнорефлекторной. Рефлекс молокоотдачи (условный и безуслов-
ный) осуществляется одновременно и с одинаковой силой во всех
долях вымени, несмотря на различное количество образовавшегося
в них молока.
К сожалению, еще нет общепризнанной методики количественной
оценки степени проявления этого рефлекса, поэтому об интенсивности
молокоотдачи судят по совокупности таких показателей процесса, как
усилие, применяемое для извлечения молока, скорость и время выдаи-
вания, крутизна начальной части кривой молокоотдачи (рис. 242, б)
и др.
Из всего изложенного вытекает, что при оценке эффективности
доильной аппаратуры необходимо обеспечить комплексный подход,
15*
451
учитывающий специфические особенности как зооинженерной, так
и инженерно-технической технологии. Важно уяснить, что в процессе
машинного доения реализуются две задачи. Во-первых, необходимо
воздействовать на корову таким образом, чтобы она «припустила»,
т. е. была готова полностью отдать молоко (молокоотдача — задача
в основе зооинженерная). Во-вторых, это молоко нужно извлечь,
выдоить из вымени (молоковыведение — задача в основе инженер-
но-техническая).
В конечном итоге основными оценочными показателями совер-
шенства технологии машинного доения и применяемого оборудования
должны быть показатели продуктивности животных, затрат живого
труда операторов, производительности машин и безвредности аппара-
тов для животных.
Работа доильного аппарата должна быть строго согласована с сек-
реторной деятельностью коровы, регулирующей процессы молоко-
образования и молокоотдачи [36, 42].
Молочная железа коров (рис. 242, а) состоит из четырех долей, в ко-
торых имеется большое число мелких желёз — альвеол, вырабатываю-
щих молоко из веществ, поступающих сюда с кровью.
Молочные протоки 8 связывают альвеолы с молочной цистерной 5
и соском 9. На конце соска имеется запирающая мышца-сфинктер 6.
В процессе молокообразования молоко накапливается в альвеолах.
При этом давление внутри вымени повышается (до 4 кПа). Из альвеол
через протоки молоко поступает в полость цистерны не самотеком, а
выжимается особыми мышцами звездчатой формы, окружающими
альвеолы и протоки.
Внутренний механизм молокоотдачи сводится к следующему. При
сосании вымени теленком или при доении раздражение окончаний
нервных волокон (рецепторов) передается через центральную нервную
систему в головной мозг животного. В ответ на это раздражение (внеш-
ний сигнал) мозг подает команду в гипофиз (железу внутренней сек-
реции, расположенную у основания головного мозга), который выде-
ляет в кровь особый гормон — окситоцин.
Окситоцин, дойдя по системе кровообращения до вымени, вызывает
быстрое и энергичное сокращение звездчатых мышц, в результате этого
молоко из альвеол интенсивно переходит в молочные цистерны и соски.
Происходит так называемый припуск молока, являющийся ответом
животного на внешние раздражения. При этом избыточное давление
в вымени быстро возрастает до 5 кПа.
Время от получения внешнего сигнала до активного припуска со-
ставляет около 45 с. За это время должны быть выполнены все подго-
товительные операции на вымени и включен в работу доильный аппа-
рат. Данное требование имеет особо важное значение потому, что гор-
мон (окситоцин), выделенный гипофизом в кровь, находится там непро-
должительное время, затем он разрушается и перестает воздействовать
на альвеолы. Активное сжатие альвеол при доении длится всего лишь
3—4 мин, а затем мышечные волокна расслабляются; наступает спад
и полное прекращение молокоотдачи,
452
Первое и самое важное требование физиологии — выработать
у животного полноценный и устойчивый рефшекс молокоотдачи, иначе
говоря, приучить корову быстро и полностью отдавать молоко при дое-
нии машиной. Это достигается надлежащей подготовкой вымени и пра-
вильной организацией работы дояра.
Дело в том, что внешние раздражения могут как стимулировать,
так и тормозить молокоотдачу. К числу положительных раздражите-
лей относятся тепло, физическое воздействие на вымя, строгая после-
довательность и одинаковость ритма всех операций, связанных с ма-
шинным доением, а также спокойное обращение с коровой со стороны
дояра и др. Нарушение распорядка дня на ферме, изменение режима
работы доильной машины, присутствие на доильной площадке посто-
ронних людей, шум и тому подобные факторы раздражают животных
и иа процесс молокоотдачи влияют отрицательно.
Второе требование сводится к правильной организации проведения
подготовительных, основной и заключительных операций. Все подго-
товительные операции, начиная от подмывания вымени и кончая вклю-
чением доильного аппарата в работу, должны быть закончены не позже
чем за одну минуту до начала активного молоковыделения.
Процесс молокоотдачи протекает относительно быстро, и доение
коровы должно быть закончено не более чем за 4—6 мин. Считают, что
в стаде имеется не более 3—5% тугодойных коров.
О динамике процесса молокоотдачи можно судить по графику,
представленному на рис. 242, б. В начале доения скорость молоковы-
деления быстро возрастает и достигает максимального значения. По
мере выдаивания внутреннее давление в вымени уменьшается и ско-
рость доения резко падает.
Из кривой молокоотдачи видно, что выдаивание последних капель
молока связано с большой затратой времени.
Для сокращения времени доения и обеспечения полноты выдаива-
ния требуется проводить машинное додаивание коров путем оттягива-
ния доильных стаканов вниз и вперед с одновременным легким погла-
живанием вымени.
Состав операций, выполняемых дояром при машинном доении,
обусловлен физиологией молокоотдачи. Эти операции должны прово-
диться вне зависимости от типа и конструкции доильной машины или
от способа организации дойки на ферме. Сама процедура выполнения
всех операций должна быть в процессе каждой дойки совершенно оди-
наковой не только по их последовательности, но и по длительности,
т. е. должен быть выработан н постоянно поддерживаться жесткий
стереотип операции машинного доения коров.
К обязательным операциям относятся.
1. Подготовительные — подмывание вымени теплой водой, обти-
рание его и массаж, сдаивание первых струек молока, включение аппа-
рата в работу и надевание доильных стаканов на соски; все подготови-
тельные операции должны быть выполнены не более чем за 60 с.
2. Основная — собственно машинное доение; оно должно быть за-
вершено за 4—6 мин с учетом машинного додаивания.
453
3. Заключительные — отключение аппаратов и снятие доильных
стаканов с вымени.
9.1.2. Принцип действия доильного стакана. Способы доения
коров могут быть разными: 1) естественный — сосание вымени телен-
ком; 2) ручной — выжимание молока из вымени руками дояра; 3) ма-
шинный — отсасывание или выжимание молока доильным аппаратом.
Рабочим органом доильной машины, работающей по принципу пре-
рывистого отсасывания, является доильный стакан, надеваемый на
сосок вымени. Доильные стаканы могут быть однокамерными или
двухкамерными. В камерах стакана поддерживается необходимое
давление воздуха.
Период времени, в течение которого происходит физиологически
однородное воздействие машины на животное, называется т а к -
т о м, а период времени, в течение которого совершается совокупность
разноименных тактов, называется циклом, или пульсом,
рабочего процесса доения.
На протяжении одного цикла абсолютное давление в камерах изме-
няется от атмосферного до 48—53 кПа *. Однако в технике машин-
ного доения принято параметры режимов выражать не через абсолют-
ные давления, а через разрежение, т. е. вакуум, под которым пони-
мается разность между атмосферным и абсолютным давлением (давле-
ние, недостающее до атмосферного). В камерах доильных стаканов
разных конструкций вакуум составляет не более 48 — 53 кПа.
Двухкамерный доильный стакан состоит из двух цилиндров —
наружной гильзы и внутренней резиновой трубки (сосковая резина),
образующих две камеры — межстенную и подсосковую. Когда в обеих
камерах наступает вакуум (рис. 243, а), то сосковая резина не испыты-
вает деформаций, а молоко под действием разности давлений внутри
вымени и под соском вытекает струей в подсосковую камеру и из нее
по молочному шлангу отводится в молокоприемник. Происходит такт
сосания.
Через некоторое время в межстенной камере действие вакуума
прекращается, и давление там повышается до атмосферного. Под дей-
ствием разности давлений в камерах стакана сосковая резина сжи-
мается, сфинктер соска закрывается и течение молока прекращается.
Происходит такт сжатия. На этом рабочий цикл заканчивается, и такт
сжатия снова сменяется тактом сосания. Доильные машины, работаю-
щие по такому принципу, называются двухтактными.
В нашей стране создана (1937 г.) и получила самое широкое распро-
странение доильная машина, рабочий цикл которой состоит из трех
тактов (рис. 243, б), осуществляемых также в двухкамерных стаканах
[42]. В трехтактной машине в конце такта сжатия и в подсосковую
камеру подается воздух и там создается атмосферное давление, в ре-
зультате сосковая резина расправляется, а сосок не испытывает дей-
ствия вакуума. При этом истечения молока не происходит, сосок отды-
* В Международной системе единиц давление измеряется в паскалях (Па).
1 ат = 1 кгс/см2 = 98066,5 Н/м2 (точно) « 100 кПа « 0,1 МПа; 1 мм рт. ст. » 133 Па.
454
хает, и в нем восстанавливается нормальное кровообращение. Проис-
ходит такт отдыха.
Трехтактный режим работы в большей степени отвечает требова-
ниям физиологии животного, обеспечивает стимуляцию процесса моло-
коотдачи и не опасен для здоровья животного, если по той или иной при-
чине доильный стакан не будет своевременно снят с соска после прекра-
щения истечения молока.
Двухтактный режим работы доильной машины является более на-
пряженным, так как сосок все время испытывает на себе воздействие
вакуума. В конце доения стаканы нередко наползают на вымя, втяги-
вая соски глубоко внутрь, и тем самым ухудшают условия извлечения
/2 12 3
а б
Рис. 243. Принцип работы доильных стаканов:
а — двухтактного; б — трехтактного; 1 — сосание; 2 — сжатие; 3 — отдых
последних порций молока и восстановления нормального кровообра-
щения в сосках. После прекращения истечения молока вакуум может
проникнуть внутрь соска, и нежные внутренние ткани его будут
тереться друг о друга, что вызывает воспалительные явления (мастит).
9.1.3. Технологические схемы машинного доения коров. Доильно-
молочное оборудование предназначено для выполнения двух техноло-
гических процессов: машинного доения коров и первичной обработки
молока, которые, как правило, объединяются в одну поточную линию.
Под технологической молочной линией понимают систему, состоящую
из источника молока (коров), доильной установки для приема молока
(молоковыведение из вымени, сбор молока в емкости, транспортировка
и кратковременное хранение молока) и комплекта машин для первичной
обработки молока (очистка, охлаждение, длительное хранение, транс-
портировка к местам реализации).
Несмотря на различное конструктивное исполнение молочных ли-
ний, в каждой из них основным элементом является доильная установ-
ка. Основой любой доильной установки является доильная машина,
которая имеет источник энергии (электродвигатель), трансмиссию
455
ванные доильные установки,
Рис. 244. Принципиальная схема
доильной машины:
/ — электродвигатель; 2 — вакуум-на-
сос; 3 — вакуум-баллон; 4 — вакуум-
регулятор; 5 — вакуумметр; 6 — ва-
куум-провод; 7 — доильный кран; Я —
пульсатор; 9 — доильное ведро; 10 —
доильный стакан; 11 — доильный ап-
парат; 12 — коллектор
(вакуумная система) и исполнительные рабочие органы (Доильные
стаканы).
Принципиальная схема доильной машины (рис. 244) включает
доильный аппарат //, вакуум-провод 6 с контрольно-измерительными
и регулирующими приборами, вакуум-насос 2 и электродвигатель 1.
На молочных комплексах применяют доильные установки с инди-
видуальными или групповыми станками: УДТ-6 типа «Тандем»
(рис. 245, а, б), УДЕ-8 типа «Елочка» (рис. 245, г), конвейерно-кольце-
вые типа «Карусель» (рис. 245, д). Шведская фирма «Альфа-Лаваль»
разработала конвейерно-петлевую доильную установку марки «Юни-
лактор» (рис. 245, ё). Кроме того, на фермах применяют комбиниро-
входящие в системы самопередвижных
конвейеров и устраиваемые на закруг-
лениях (рис. 245, ж) или на прямоли-
нейных участках (рис. 245, з) кон-
вейера.
Зоотехнические тре-
бования, предъявляемые к тех-
нологии машинного доения, обуслов-
лены физиологией животного и сво-
дятся к следующему.
1. Нельзя устанавливать доильные
стаканы на соски, если корова не при-
пустила молоко. Все подготовитель-
ные операции на вымени должны быть
проведены в течение одной минуты.
2. Выдаивание самых высокопро-
дуктивных коров должно быть вы-
полнено за 4—6 мин со скоростью дое-
ния до 30—35 г/с (2 л/мин).
3. Необходимо предусмотреть полный отвод молока из подсосковых
камер доильных стаканов в период наибольшего выдаивания.
4. Следует обеспечить полное выдаивание машиной всех коров без
применения ручного додаивания.
5. Нельзя оставлять доильные стаканы на сосках после прекраще-
ния истечения молока из вымени, так как это связано с опасностью воз-
никновения мастита и снижения продуктивности коровы. При приме-
нении трехтактных аппаратов это ограничение снимается, и доярка
может работать с большим числом аппаратов.
9.1.4. Отбор коров для комплексов и ферм промышленного типа.
При переводе животноводства на промышленную основу возникла не-
обходимость проведения правильного комплектования молочного стада
комплексов. В производственные стада комплексов отбирают коров
с потенциалом высокой продуктивности — от 4 до 5,5 тыс. кг молока
в год с 4%-ной жирностью. Коровы должны обладать крепкой консти-
туцией, проявлять резистентность к маститам и стрессовым факторам
боксового содержания и иметь хорошие показатели по скорости
молокоотдачи.
456
Технология производства молока на комплексах и фермах про-
мышленного типа предусматривает двухразовое доение коров. Поэтому
животные должны иметь вымя большой вместимости.
в г
Рис. 245. Технологические схемы доильных установок, применяемых на комплек-
сах промышленного типа:
а, б — «Тандем»: в — с индивидуальными проходными станками: г — с групповыми стан-
ками типа «Елочка»: д, е, ж, з — конвейерного типа «Карусель»; «Юнилактор»; с самопере-
движением; / — молокопровЪд; 2 — траншея: 3 — кормушка; 4 — платформа; 5 — доиль-
нь’е аппараты; 6 — транспортер; 7 — вагонетка-стойло; 8 — доильная площадка; 9 — кон-
вейер
Практикой доказано, что форма вымени и продуктивность живот-
ных находятся в прямой зависимости [36, 65]. Наиболее продуктив-
ными являются коровы с ваннообразной и чашевидной формой вымени.
457
Длина сосков должна находиться в пределах 50—70 мм, расстояние
между ними 100—140 мм и диаметр в средней части после доения 22—
24 мм. Расстояние между концами сосков должно быть равным 100—
140 мм. Сфинктеры сосков должны быть нетугодойкими.
Важнейшим функциональным показателем для определения при-
годности коров к машинному доению считается скорость молокоотдачи
которая в среднем должна быть равной 0,05 л/с. Коровы, показываю-
щие среднюю скорость до 0,015 л/с и длительность доения более
6 мин, для машинного доения .непригодны.
4 4 4 4 Рис. 246. Схема доильного аппарата для почетвертного
Рижское ГСКБ разрабатывает аппарат для раздельного выдаива-
ния четвертей вымени. Такой аппарат (рис. 246) даст возможность более
правильно проводить комплектование дойного стада комплексов и
промышленных ферм.
Важнейшим технологическим условием машинного доения коров
на комплексах является стереотипность выполнения всех операций
по уходу за животными.
9.2. ДОИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
9.2.1. Доильные аппараты. По роду силы, используемой для
извлечения молока из вымени коровы, аппараты подразделяются на
выжимающие и отсасывающие, а по принципу действия — на трех-
тактные, двухтактные и непрерывного отсоса. Кроме того, их можно
разделить на аппараты попарного и одновременного доения. По месту
сбора молока различают аппараты со сбором молока в переносное или
458
подвесное доильное ведро, в подвижную емкость, в молокопровод,
а также с раздельным сбором молока от каждого соска (почетверт-
ное доение).
Трехтактный доильный аппарат «Волга».
Доильный аппарат осуществляет рабочий процесс доения, а также
а
I Л Л1
Рис. 247. Доильный аппарат «Волга» в сборе (а) и доильные стаканы (б):
G- i — доильное ведро; 2 — крышка ведра; 3 — пульсатор; 4 — зажим для включения аппа*
Рата в работу; 5 — доильные стаканы; 6 — коллектор; 7 — молочный шланг; 8 — воздуш-
ный шлаиг; б: I — <Волга»; И — ДА-2М; /77 — ДА-2 <Майга»; 7 — смотровая чашечка
(коиус); 2 — молочная трубка; 3 — воздушная трубка; 4 — головка инжияя с патрубко ;
5 — кольцо; 6 — сосковая резина; 7 — гильза; 8 —- головка верхняя; 9 — уплотнительное
кольцо
собирает выдоенное молоко в емкость. Доильный аппарат «Волга»
(рис. 247, а) состоит из двухкамерных доильных стаканов 5, коллек-
тора 6, пульсатора 3, доильного ведра / с крышкой 2 и двух резиновых
шлангов: воздушного 8 и молочного 7.
459
Доильный стакан (рис. 247, б) состоит из алюминиевой гильзы 7,
сосковой резины 6, соединительного кольца 5, смотровой чашечки 1
и уплотнительного кольца 9. Гильза имеет патрубок для соединения
резиновой трубки с коллектором.
Сосковая резина (резина VI-б, ТУ МХП № 233-54р) цилиндрической
формы с диаметром соскового отверстия 23 мм; в верхней части имеется
Рис. 248. Коллектор аппара-
та «Волга»:
а — устройство; б •— схема ра-
боты; /к •— камера постоянного
вакуума; 2к — камера перемен*
ного вакуума; Зк — камера по-
стоянного атмосферного давле-
ния; 4к — камера переменного
вакуума (распределительная);
1 — корпус; 2 — патрубок для
молочной трубки; 3 — направ-
ляющая; 4 — мембрана; 5 —
патрубок для воздушного шлан-
га к пульсатору; 6 — крышка:
7 — патрубок для воздушной
трубки; 8 —- шайба; 9 — вннт;
10 — скоба; 11 — стержень кла-
пана; 12 — двойной клапан;
13 — патрубок для молочного
шланга; 14 — отверстие, соеди-
няющее камеры 2к и 1к при
опущенном клапане
присосок, во внутренней полости которого всегда поддерживается
вакуум, способствующий удержанию стакана на соске в период такта
отдыха.
Для отвода молока от доильного стакана к коллектору на молочную
чашечку 1 надевают молочную трубку из пищевой резины.
Коллектор предназначен для сбора молока. В зависимости от
числа рабочих камер коллекторы подразделяют на двухкамерные, трех-
камерные и четырехкамерные. Коллектор (рис. 248) аппарата «Волга»
состоит из корпуса 1, крышки 6, скобы 10 с винтом 9 и клапанного
механизма.
460
Клапанный механизм включает стержень 11 и укрепленные на нем
мембрану 4, резиновую шайбу 8 и резиновый двойной клапан 12,
а также направляющую с тремя отверстиями 0 2 мм. Ход клапана
3 мм.
Патрубки со скошенным срезом служат для подключения к ним
молочных трубок'стаканов. На патрубок 13 корпуса надевается молоч-
ный шланг, соединяющий коллектор с доильным ведром или молоко-
проводом. На молочном шланге монтируется пружинный зажим для
включения аппарата в работу и отключения аппарата от вакуумной
магистрали после окончания доения. Патрубки 7 служат для подклю-
чения к ним воздушных трубок доильных стаканов, а патрубок 5
со шлангом соединяет коллектор с пульсатором.
Коллектор действует от пульсатора и имеет четыре камеры: 1к —
камеру постоянного вакуума, расположенную в нижнем патрубке 13
и всегда соединенную с вакуумной системой через ведро или молоко-
провод; 2к — камеру переменного вакуума, расположенную в корпусе /
коллектора и с одной стороны всегда соединенную с подсосковыми
камерами доильных стаканов, с другой стороны в зависимости от поло-
жения нижнего клапана эта камера может быть соединена с камерой 1к
постоянного вакуума или через камеру Зк — с атмосферой; Зк — каме-
ру атмосферного давления, расположенную между направляющей и
мембраной; через отверстия она всегда соединена с атмосферой; 4к —
камеру переменного вакуума — распределительную, расположенную
над мембраной в крышке коллектора и всегда соединенную с одной
стороны с межстенными камерами доильных стаканов, а с другой —
с камерой 2п переменного вакуума пульсатора.
Пульсатор предназначен для преобразования постоянного
вакуума, создаваемого вакуум-насосом, в переменный (пульсирующий),
при котором разрежение в системе пульсатор — коллектор — доиль-
ный стакан периодически сменяется атмосферным давлением. Пульса-
тор создает и через коллектор поддерживает режим работы доильных
стаканов и является главной частью доильного аппарата.
По принципу работы пульсаторы подразделяют на пневматические
и электромагнитные. Пневматические пульсаторы бывают мембран-
ные, поршневые и шариковые. Наиболее распространены мембранные
пульсаторы.
Пульсатор мембранного типа (рис. 249) состоит из корпуса 11,
крышки 10 с регулировочным винтом 6, подставки 2 и клапанного ме-
ханизма, в который входят стержень 9 с клапанами (верхним 8 и ниж-
ним 3) и мембрана 7 (резина кислотощелочестойкая, ГОСТ 7338—55).
Патрубок 12 подставки воздушным шлангом соединяется с магистраль-
ным вакуум-проводом, а патрубок 4 — с коллектором. Ход стержня
пульсатора 0,6—0,8 мм.
Пульсатор имеет также четыре камеры: 1п — камеру постоянного
вакуума, расположенную в корпусе 11 и подставке 2 и всегда соединен-
ную с одной стороны с вакуумпроводом, а с другой — с доильным вед-
ром; 2п — камеру переменного вакуума, расположенную в простран-
стве между корпусом и мембраной и всегда соединенную с межстенными
461
1
камерами доильных стаканов через камеру 4к коллектора; Зп — камеру
атмосферного давления, расположенную во внутренней кольцевой вы-
точке корпуса под мембраной и через отверстия в корпусе всегда соеди-
ненную с атмосферой; 4п — камеру переменного вакуума (управляю-
щую), расположенную над мембраной в крышке пульсатора и соеди-
ненную с камерой 2п через канал малого сечения,регулируемый
винтом 6.
Доильное ведро служит для сбора молока, сверху ведро гермети-
чески закрывается крышкой (рис.
Рис. 249. Пульсатор аппарата «Волга»:
а — устройство; б — схема работы; 1п —
камера постоянного вакуума; 2п — каме-
ра переменного вакуума (рабочая); Зп —
камера постоянного атмосферного давле-
ния; 4п — камера переменного вакуума
(управляющая); 1 — ь а мера обратного
клапана; 2 — подставка; 3 — нижний кла-
пан (резиновое кольцо); 4 — патрубок для
шланга переменного вакуума; 5 — отвер-
стие, соединяющее камеру 2п переменно-
го вакуума с камерой 4п\ 6 — регулиро-
вочный винт; 7 — мембрана; 8 — верхний
клапан; 9 — стержень клапана; 10 —
крышка; // — корпус; 12 — патрубок для
шланга постоянного вакуума
250). Вакуум проходит в ведро через
камеру 1п с обратным клапаном 3 и
отверстие в крышке. Обратный кла-
пан 3, приподнимаясь, не мешает
выходу воздуха из ведра, но при
внезапном понижении вакуума не
пропускает воздух в ведро и предо-
храняет молоко от загрязнений.
Клапан 6 служит для впуска возду-
ха перед снятием крышки с ведра.
Работа доильного аппарата
«Волга» протекает во взаимодейст-
вии доильных стаканов, коллекто-
ра и пульсатора. Действие пульса-
тора сводится к автоматическому
подъему и опусканию клапана 5
(рис. 251, а) и мембраны 2 под
влиянием разности давлений в ка-
мерах 4п и 2п переменного вакуу-
ма. При включении доильного
аппарата в работу клапан 5 пуль-
сатора всегда опущен, при этом
вакуум из магистрали быстро пе-
редается в камеру 2п, а в камере
4п сохраняется атмосферное дав-
ление. Из камеры 2п пульсатора
вакуум передается в камеру 4к
коллектора и далее — в межстен-
ные камеры стаканов. Одновремен-
но через камеру 1п постоянного
вакуума пульсатора, доильное вед-
ро и камеры 1к и 2к коллектора вакуум поступает в подсосковые ка-
меры стаканов. При этом нижний клапан коллектора открыт, а верх-
ний закрыт, так как над мембраной — вакуум, а под мембраной в
камере Зк — атмосферное давление. Происходит такт сосания.
Однако длительное непрерывное отсасывание молока из вымени
недопустимо, и по команде пульсатора оно быстро прекращается.
Происходит это в силу того, что из камеры 4п пульсатора воздух по-
степенно отсасывается через канал 4 в камеру 2п и давление на мембра-
ну сверху (рис. 251, б) уменьшается. По мере повышения вакуума
462
в управляющей камере мембрана 2 поднимает клапан 5 вверх, так как
на нее снизу по периметру кольцевой камеры Зп (выточки) всегда дейст-
вует атмосферное давление. При верхнем положении клапан разъеди-
няет камеру 2п переменного вакуума от камеры 1п постоянного вакуума
п одновременно соединяет ее с камерой Зп атмосферного давления.
В этом случае в коллектор (камера 4к} и межстенные камеры стаканов
пойдет воздух с атмосферным давлением, сосковая резина сожмется
и процесс истечения молока прекратится. Произойдет такт сжатия.
Но одновременно воздух из камеры 2п переменного вакуума пуль-
сатора постоянно поступает по каналу 4 и в камеру 4п, в результате
Рис. 250. Крышка доильного ведра
с пульсатором:
/ — ручка с гребенкой и крючками;
2 — пульсатор; 3 — обратный клапан;
4 — патрубок для молочного шланга
от коллектора: 5 — патрубок для воз-
душного шланга от коллектора; 6 •—
клапан Для впуска воздуха: 7 — па-
трубок для воздушного шланга к ва-
куум-проводу
этого давление там вновь повышается. С течением времени сила, дейст-
вующая на мембрану сверху вниз, преодолеет силу, действующую на
нее снизу, и клапан опустится в нижнее положение. При этом в меж-
стенных камерах стаканов вновь образуется вакуум — повторится
такт сосания.
Частота переключений клапанов зависит от площади сечения ка-
нала 4. Чем больше площадь сечения (т. е. чем больше будет отвер-
нут регулировочный винт 3), тем больше будет н частота пульсаций,
так как на установление необходимого давления в управляющей ка-
мере 4п потребуется меньше времени. В процессе работы дояр следит
за частотой пульсаций и регулирует пульсатор, настраивая его на нор-
мальный режим работы (60 пульсов в минуту).
Действие коллектора в трехтактной машине также сводится к перио-
дическому подъему и опусканию двойного клапана 12 (см. рис. 248, о),
463
причем переключение его производится от пульсатора. Как было пока-
зано ранее, при такте сосания камера 2к (рис. 251, а) переменного ва-
куума коллектора соединена с камерой 1к, и в ней находится вакуум,
а двойной клапан удерживается в верхнем положении. В следующий
момент (рис. 251, б), когда в камере 2п пульсатора вакуум сменится
атмосферным давлением и воздух поступит в камеру 4к переменного
вакуума коллектора, двойной клапан 1 (рис. 251, в) опустится вниз,
и камера Зк атмосферного давления будет сообщаться с камерой 2к
переменного вакуума. В результате в подсосковые камеры стаканов
поступит воздух также с атмосферным давлением. Произойдет такт
отдыха.
Таким образом, коллектор сокращает такт сжатия, обусловленный
положением клапанов пульсатора, и обеспечивает формирование такта
отдыха, при котором в обеих камерах стакана устанавливается атмо-
сферное давление и сосок прекращает испытывать действие вакуума. /
Следует отметить, что в действительности в Подсосковой камере аппа-
рата «Волга» и в период такта отдыха сохраняется небольшой вакуум
464
1
/д0 13 кПа). Это сделано, чтобы исключить возможность падения доиль-
нь1х стаканов с сосков во время такта отдыха, и достигается сверлением
дополнительного отверстия 14 (см. рис. 248, а), которое при закрытом
клапане оставляет соединенными камеры 2к и 1к коллектора. Через
отверстие 0 1,5 мм поступает воз-
дух, и молоко, оставшееся в молоч-
ном шланге, быстро эвакуируется,
чем улучшается рабочий процесс
доения.
Такт отдыха длится до тех пор,
пока пульсатор вновь не подаст
вакуум в камеру 4к коллектора,
после этого рабочий цикл будет
повторяться с той же частотой пу-
льсаций, с которой работает пуль-
сатор.
Двухтактный доиль-
ный аппарат ДА - 2М.
Разработан ГСКБ по комплексам
машин для ферм крупного рогатого
скота (г. Рига) и выпускается в
двух вариантах: первый для дое-
ния со сбором молока в ведро (рис.
252) и второй для доения в молоко-
провод.
В первом случае аппарат вклю-
чает: доильные стаканы 5, коллек-
тор 6, пульсатор 2, доильное ведро
9 с крышкой 8, а также воздуш-
ный 4 и молочный 7 шланги (ре-
зина, МРТУ 6-641—61).
Во втором варианте ведро от-
сутствует, так как аппарат присо-
единяется к молокопроводу, рас-
положенному параллельно рядам
стойл в коровнике. По молокопро-
воду молоко под действием вакуума транспортируется непосредствен-
но в молочную. Для переноски доильного аппарата имеется специаль-
ная ручка 1, на которой смонтирован пульсатор.
Двухкамерный доильный стакан (см. рис. 247, б, позиция II)
состоит из металлического толстостенного корпуса, гильзы 7, соско-
вой резины 6, кольца 5 и смотровой чашечки (конус). Сосковая резина
имеет коническую форму для более плотного прилегания к соскам.
Масса доильного аппарата с ведром составляет 8,5 кг.
Аппарат ДА-2М включается в работу открытием клапана, располо-
женного в нижней части корпуса коллектора.
Коллектор (рис. 253) двухтактного аппарата ДА-2М не имеет кла-
панного механизма, так как он в отличие от аппарата «Волга» выпол-
Рис. 252. Доильный аппарат ДА-2М,
оборудованный для доения в ведро:
1 — ручка; 2 — пульсатор; 3 — вакуум-
ный шланг; 4 — воздушный шланг; 5 —
доильные стаканы; 6 — коллектор; 7 —
молочный шланг; 8 — крышка ведра;
9 — доильное ведро
465
Рис. 253. Коллектор аппарата ДА-2М:
/ — распределитель; 2 — клапан для вклю-
чения аппарата в работу; 3 — проклад-
ка; 4 — корпус; 5 — шайба стержня кла-
пана
няет только функции сбора молока и передачи его в доильное ведр0
или молокопровод. В нем всего две камеры: 1к — камера постоянного
вакуума (молокосборная), расположенная в корпусе и всегда соединен-
ная с ведром или молокопроводом, и 4к — камера переменного вакуума,
расположенная в распределителе и всегда соединенная через патрубки
с межстенными камерами доильных
стаканов и с камерой 2п перемен-
ного вакуума пульсатора.
Пульсатор мембранного типа
(рис. 254, а) изготовлен из пласт-
массы (полипропилен, ВТУ НИИП)
и состоит из крышкш 2, корпуса 1
с соединительным каналом 10 и
регулировочным винтом 12, про-
кладки 4, диффузора (вкладыша)
5, двойного клапана 7 с шайбой
(подпятник), мембраны 8, гайки 6
и управляющей камеры 4п. На кор-
пусе имеются патрубок 11 постоян-
ного вакуума, соединяемый шлан-
гом с вакуум-проводом, и патрубок
3 переменного вакуума, соединяе-
мый с распределительной камерой
коллектора.
Пульсатор имеет четыре камеры
(рис. 254, б): 1п — камеру постоян-
ного вакуума, расположенную вну-
три диффузора и всегда соединенную
с магистральным вакуум-проводом;
2п — камеру переменного вакуума,
расположенную над диффузором и
всегда соединенную с межстенными
камерами стаканов через патрубок 3 и распределительную камеру 4к
коллектора; Зп — камеру атмосферного давления, расположенную под
крышкой 2 (рис. 254, а) непосредственно над клапаном 7 и всегда соеди-
ненную с атмосферой; 4п — камеру переменного вакуума, расположен-
ную под мембраной 8 (управляющая камера) и соединенную через ка-
нал 10, регулируемый винтом 12, с камерой 2п.
Доильное ведро конической формы (рис. 252) герметически закры-
вается крышкой с двумя патрубками — воздушным и молочным. Ручка
доильного аппарата имеет кронштейн, которым она навешивается на
вакуум-провод. На крючки кронштейна подвешиваются доильные
стаканы и шланги.
Работа доильного аппарата ДА-2М (рис. 255) протекает во взаимо-
действии доильных стаканов, коллектора и пульсатора. Заметим, что
в подсосковых камерах доильных стаканов двухтактных аппаратов
всегда действует постоянный вакуум. Подсосковые камеры связаны
с магистральным вакуум-проводом через молочные трубки, камеру 1к
466
постоянного вакуума коллектора, молочный шланг, ведро и воздушный
шланг.
При включении доильного аппарата в работу двойной клапан
пульсатора быстро поднимается, так как вакуум из магистрали пере-
дается в камеру 1п постоянного вакуума, а в камере 4п переменного
Зп 2
а
g Сосание Сжатие
Рис. 254. Пульсатор аппарата ДА-2М:
а — устройство; б — сх-ема работы; / — корпус; 2 — крышка; 3 — патрубок для шланга
к коллектору; 4 — прокладка; 5 — диффузор (вкладыш); 6 — гайка; 7 — двойной клапан
с шайбой; 8 — мембрана; 9 — камера; 10 — соединительный канал; // — патрубок для
шланга к вакуум-проводу; 12 — регулировочный винт; In.. 4п — см. рис. 249
вакуума в это время еще будет сохраняться атмосферное давление.
Мембрана прогнется вверх и через опорную шайбу поднимет клапан.
При этом камера 1п соединится с камерой 2п, и вакуум через патрубок,
воздушный шланг, распределительную камеру 4к коллектора и воз-
душные трубки поступит в межстенные камеры доильных стаканов.
Начнется такт сосания.
Одновременно воздух постепенно отсасывается через регулируемый
канал и из управляющей камеры 4п пульсатора, в результате этого дав-
ление воздуха на мембрану снизу вверх уменьшается. При определен-
ной величине вакуума в камере 4п двойной клапан опускается вниз
под действием атмосферного давления в камере Зп. При нижнем поло-
жении клапан 2 разъединит камеру.2п переменного вакуума от камеры
1п и одновременно соединит ее с камерой Зп атмосферного давления.
При этом воздух пойдет в распределительную камеру 4к коллектора
Рис. 255. Схема работы двухтактного аппарата ДА-2М:
а — сосание; б — сжатие: I — регулировочный винт, 2 — двойной клапан пульсатора:
3 — воздушный шланг от пульсатора к коллектору; 4 — мембрана; 5 — клапан для вклю-
чения аппарата в работу; 6 — счетчик молока УЗМ-1; 7 — молокопровод; 8 — вакуум-
провод; 1п, 4п — см. рис- 249
и в межстенные камеры стаканов и сожмет сосковую резину. Произой-
дет такт сжатия, при котором истечение молока из сосков прекращается.
Наряду с этим воздух постепенно будет поступать через канал
в управляющую камеру 4п пульсатора и через мембрану преодолеет
силу, действующую на клапан сверху (со стороны атмосферы), так
как рабочая площадь клапана в этом случае значительно меньше
площади мембраны. Клапан вновь поднимается, в результате чего меж-
стенные камеры стаканов будут соединены с вакуумной системой, снова
наступит такт сосания, и рабочий цикл доильной машины будет повто-
ряться.
Доильный аппарат «Импульс- 59». Его рабочий
процесс протекает по двухтактному циклу и отличается от ДА-2М
только тем, что передние и задние соски выдаиваются попарно, что
обусловлено конструкцией пульсатора (рис. 256, а).
При включении аппарата в работу клапаны опускаются и мембра-
на 7 (рис. 256, б) прогнется вниз, так как под клапанами действует
вакуум, а над клапанами — атмосферное давление. При этом из верх-
468
ней камеры 2п переменного вакуума по сдвоенному шлангу воздух
с атмосферным давлением пойдет в одну из распределительных камер
коллектора и через нее в межстенные камеры двух доильных стаканов,
подвешенных, например, на передние соски. Произойдет такт сжатия.
В это же время вакуум из нижней камеры 2п переменного вакуума
Рис. 256. Пульсатор аппарата «Импульс-59»:
а — общий вид; б — схема устройства и работы; / — основание; 2 — корпус; 3 — патрубок
постоянного вакуума; 4 — регулировочный вннт; 5 — патрубок переменного вакуума; 6 —
фильтр; 7 — мембрана; 8 — коромысло; 9 — стержень клапанов; 10 — патрубок постоян-
ного вакуума; // — регулировочный винт; 12 — стержень двойного клапана; 13 — соеди-
нительный канал; 14 — патрубки переменного вакуума; 1п — камера постоянного ваку-
ума; 2п — камеры переменного вакуума (верхняя и иижняя); Зп — камера атмосферного
давления; 4п — камера переменного вакуума (управляющая)
поступит б межстенные камеры стаканов, подвешенных на задние
соски; здесь произойдет такт сосания.
Одновременно из верхней камеры 2п переменного вакуума воздух
под атмосферным давлением постепенно через регулируемый канал 13
будет поступать в камеру 4п под мембрану и через некоторое время под-
нимет ее и клапаны, так как площадь мембраны значительно больше
площади клапанов. После переключения клапанов вакуум из верхней
469
камеры In постоянного вакуума поступит в камеру 2п переменного
вакуума и далее через патрубок 5, шланг и коллектор — в межстенные
камеры стаканов на передних сосках (к примеру); там произойдет такт
сосания, В то же время из нижней камеры 2п переменного вакуума
воздух с атмосферным давлением поступит в межстенные камеры ста-
канов на задних сосках, и там произойдет такт сжатия.
Режимы работы доильных аппаратов.
Они характеризуются совокупностью ряда параметров, из которых
главными являются: соотношение длительности тактов в рабочем цикле,
глубина вакуума и частота пульсаций. Важнейшими технико-экономи-
ческими показателями доильного аппарата является его расход и ско-
рость доения. Исследованиями установлено, что скорость доения уве-
личивается с увеличением продолжительности такта сосания и повыше-
нием вакуума. Однако судить о совершенстве доильного аппарата
лишь по скорости доения нельзя, так как верхние пределы отмеченных
выше параметров режима лимитируются физиологией животного.
Скорость доения характеризует качество подготовки коровы в отно-
шении стимуляции молокоотдачи. Исследованиями ученых Института
физиологии им. И. П. Павлова установлено, что при хорошей стимуля-
ции молокоотдачи скорость доения увеличивается до 30%.
Для выпускаемых промышленностью доильных аппаратов оптималь-
ными являются режимы, указанные заводами в технических харак-
теристиках (табл. 36).
Таблица 36. Режимы работы доильных аппаратов
Параметры Аппараты
трехтактные двухтактные
<Волга> ДА-2М «Импульс-59>
Соотношение тактов в процентах ко вре- мени цикла: сосание 64 70 50
сжатие 11 30 50
отдых 25 1' —.
Вакуум, кПа 53 48-51 53
Частота пульсаций в минуту 60 80 45
Главный недостаток большинства современных доильных аппаратов
заключается в том, что они являются аппаратами однорежимного
действия. Это значит, что основные параметры этих аппаратов (величи-
на вакуума — h, частота пульсаций — v и соотношение тактов —
бс) во время всего процесса доения остаются неизменными или, подвер-
гаясь случайным колебаниям, требуют ручной дорегулировки, что
в обоих случаях не соответствует рефлекторной регуляции молокоотда- >
чи и недопустимо в отношении коров большой продуктивности.
В настоящее время в ГСКБ по комплексам машин для ферм крупного
рогатого скота (г. Рига) разрабатывается унифицированный доильный
аппарат с оптимальной физиологической характеристикой, имеющий
470
индивидуальный счетчик молока со встроенным управляющим устрой-
ством.
Такое устройство работает следующим образом. Когда интенсив-
ность молокоотдачи у коровы понизится до 800 г/мин, управляющее
устройство включает манипулятор — приспособление, обеспечиваю-
щее машинное додаивание, т. е.
заключительный массаж вымени
(с частотой около 1 Гц), и оття-
гивание доильных стаканов вниз.
При дальнейшем снижении мо-
локоотдачи (менее 200 г/мин)
доение автоматически заканчи-
вается.
Для управления процессом
доения служит и устройство
МА-1/2 («Физио-Матик»), выпу-
скаемое фирмой «Импульс» (ГДР)
и устанавливаемое на доильной
установке М632 «Елочка». Аппа-
рат с таким устройством автома-
тически производит массаж сос-
ков перед доением, переход на
а
Рис. 257. Схема управ-
ляющего устройства
МА-1/2 (а) и график ра-
боты двухрежимиого ап-
парата (б):
а: / — фотоэлемент; 2 —
межстенная камера доиль-
ного стакана; 3 — пульса-
тор-распределитель; 4— сиг*
нализатор; 5 — блок управ-
ления; 6 — выключатель;
б — фазы: А — стимулиро-
вания; Б — доения; В —
додаивания; Г — заключи-
тельного массажа
непосредственное доение, машинное додаивание и прекращение дое-
ния после окончания молокоотдачи.
Устройство МА-1/2 (рис. 257, а) работает следующим образом.
При снятии доильного аппарата с крючка выключатель 6 подает по
цепи а напряжение на блок управления 5 и пульсатор-распределитель 3.
В это время на сигнализаторе 4 загорается зеленая лампа, и доильный
аппарат начинает работать. Через 15 с, т. е. после окончания надева-
ния доильных стаканов на соски вымени коров, блок управления авто-
матически включает цепь б, и доильный аппарат переходит на режим
автоматического массажа сосков вымени коровы, а на сигнализаторе
471
загорается желтая лампа. При этом в межстенных камерах 2 доильного
стакана поочередно (с частотой v = 45 пул./мин) образуется то вакуум
/гв = 51 кПа, то избыточное"давление (от специального компрессора)
Лд = 158 кПа. Массаж сосков продолжается в течение 60 с. После этого
блок управления по цепи в переводит доильный аппарат в нормальный
режим доения (на сигнализаторе гаснет желтая лампа).
При окончании доения, когда молоко перестает проходить через
камеру фотоэлемента 1, блок управления посылает сигнал г в пульса-
тор-распределитель 3, который подает в межстепные камеры доильных
стаканов постоянное избыточное давление. Это давление сжимает сос-
ковую резину и предохраняет сосок от действия вакуума. В это время
на сигнализаторе загорается красная лампа. Затем оператор-дояр
нажимает кнопку д на сигнализаторе, и блок управления снова пере-
ключает доильный аппарат на нормальный режим доения. После окон-
чания машинного додаивания коровы дояр снимает с сосков доильные
стаканы и вешает аппарат на крючок, в результате этого выключатель
подает по цепи и сигнал, и устройство МА-1/2 автоматически отклю-
чается.
Таким образом, устройство МА-1/2 позволяет обеспечить устой-
чивый стереотип доения и сократить затраты труда на массаж н другие
ручные операции.
На рис. 257, б показан график интенсивности молокоотдачи при
использовании доильного двухтактного двухрежимного аппарата
«Альфа-Матик-Дуовак» (Швеция).
После предварительной обработки вымени коровы включают
аппарат, и он работает в фазе А — стимулирования, т. е. «осторожного»
доения и «усиленного» массажа сосков вымени, ранее начатого опера-
тором-дояром. В это же время в подсосковых камерах доильных аппа-
ратов создается вакуум. При этом частота пульсаций у= 48 пул./мин,
а соотношение тактов сосания и сжатия 6С = 1 : 2. Массаж сосков в
фазе А продолжается 40—60 с с момента надевания доильных стаканов.
Затем начинается интенсивный припуск молока, и при возрастании
молокоотдачи до Q = 0,033 кг/с (0,2 кг/мин) индикатор потока пере-
ключит аппарат на работу в фазе Б доения. Глубина вакуума доводится
до h = 51 кПа, частота пульсаций увеличивается до v = 60 пул./мин,
соотношение тактов изменяется на 6С = 2,5 : 1, что близко к режиму
непрерывного отсасывания молока.
В конце доения поток молока постепенно уменьшается. Когда
интенсивность молокоотдачи снизится до Q —• 0,033 кг/с (0,2 кг/мин),
то через 20 с наступает фаза В — завершающего «осторожного» додаи-
вания при v —• 48 пул./мин и 6С — 1 : 2, которая переходит в фазу Г —
заключительного массажа.
Для обеспечения работы системы «Альфа-Матик-Дуовак» на ее
доильной установке смонтированы две вакуумные линии — на hi =
= 35 кПа и h2 = 51 кПа.
9.2.2. Основы теории доильных аппаратов. На протекание рабо-
чего процесса машинного доения коров влияют два комплекса факто-
ров — один обусловлен рефлексом молокоотдачи, другой конструк-
472
цией машины. Основная трудность в отыскании рационального реше-
ния проблемы машинного доения животных состоит в том, что здесь мы
имеем дело с инженерно-биологической системой «человек— машина—
животное», в которой последние два звена управляются по законам
различной природы. В процессе машинного доения человек с помощью
технических средств наиболее активно вмешивается в область функцио-
нирования самых сложных систем организма животного, управляемых
рефлексами.
Рис. 258. Индикаторные диаграммы (идеальные) работы доильных аппаратов:
а — двухтактного с однокамерными стаканами; б — двухтактного с двухкамерными ста-
канами; в — трехтактного; г — двухтактного при наличии переходных процессов; д — трех-
тактного при наличии переходных процессов
Продуктивность животного будет сохранена и полнота выдаивания
обеспечена только в том случае, если работа доильной машины будет
стимулировать рефлекс молокоотдачи.
Рабочий цикл доильного аппарата графически изображается в виде
индикаторных диаграмм (кимограммы), показывающих в каждый дан-
ный момент давление воздуха в подсосковой и межстенной камерах
доильного стакана.
На рис. 258 представлены диаграммы идеальных процессов работы
двухтактного (рис. 258, а, б, г) и трехтактного (рис. 258, в, д) аппара-
тов. По оси абсцисс отмечают время t (с), а по оси ординат — вакуум
h (кПа). При этом «нуль» вакуума соответствует атмосферному давле-
нию, на диаграмме совпадающему с осью абсцисс. Вакуум в подсоско-
вой камере ha к откладывают по оси ординат вниз, а в межстенной ка-
мере ймк — вверх от нулевой линии.
473
Рабочий цикл t состоит из тактов сосания tL — /с и разгрузки t
Такт разгрузки в двухтактных аппаратах равен такту сжатия £, X'
== /сж; в трехтактных — сумме тактов сжатия и отдыха, т. е. L =
= U + to.
Для анализа рабочего процесса наибольший интерес представляет
относительная длительность 6С такта сосания, выражаемая через отно-
шение времени сосания к времени разгрузки, т. е. бс =
Рис. 259. Действительные индикаторные диаграммы рабочего процесса трехтакт-
ных «Волга» (а) и двухтактных ДА-2М (б) доильных аппаратов:
/ — вакуум в подсосковых камерах; 2 — вакуум в межстенных камерах; 3 — атмосферное
давление
Продолжительность цикла (с), или пульса, составляет tn~t1 +
+ t2, а частота пульсаций v—l/tu, (с~!).
Однако работа доильного аппарата всегда связана с наличием
переходных процессов, которые характеризуются временем (Л-2)
перехода от такта сосания к такту разгрузки и t2-\ перехода от раз-
грузки к такту сосания. Переходные процессы на индикаторной диа-
грамме схематически показаны наклонными линиями (рис. 258, г, <9).
Средняя длительность тактов в этих случаях отмечается интервала-
ми времени, отнесенными к средней высоте ординат (давлений) диаграммы.
474
Действительные индикаторные диаграммы имеют более сложное
начертание, и типичные из них представлены на рис. 259.
Длительность тактов, соответствующая среднему давлению, по рас-
сматриваемой индикаторной диаграмме аппарата «Волга» (рис. 259, а)
составляет: tz = 0,531 с, = 0,116 с и /0 = 0,315 с. Следовательно,
относительная длительность такта сосания составляет 6С = +
4- /0) = 1,23. Максимальный вакуум в камерах h = 50,5 кПа наблю-
дается при частоте пульсаций v — 1,03 с-1 (62 мин-1).
На рис. 259, б представлена индикаторная диаграмма двухтакт-
ного аппарата ДА-2М, для которого длительность тактов составляет
/с == 0,404 с и /сж = 0,167 с, длительность цикла /ц = 0,571с при v=
= 1,75 с-1, относительная длительность такта сосания 6С = t^lt^ =
= 2,41. Особенностью диаграммы является то, что линия 1 — прямая,
так как в подсосковой камере сохраняется постоянный вакуум. В целом
диаграмма, а следовательно, и рабочий процесс проще, чем у аппарата
«Волга»; здесь нет переходов, отмечаемых моментами t" и f".
На индикаторных диаграммах рабочий процесс доильного аппарата
представлен в статическом состоянии, хотя для анализа требуется знать
его динамику.
Анализ динамики рабочего процесса доения позволяет определить
требования, которым должен удовлетворять наиболее совершенный
доильный аппарат. Эти требования сводятся к следующему.
\1 1. Аппарат должен работать на переменном режиме в зависимости
от интенсивности молокоотдачи и обеспечивать оптимальную скорость
доения.
2. В процессе доения должна быть обеспечена своевременная сти-
муляция молокоотдачи и полное выдаивание молока без ручного додаи-
вания.
3. Аппарат должен быть обеспечен средствами для регулирования
соотношения тактов и частоты пульсаций (в случае ее нарушения).
4. Аппарат должен обеспечивать полную безопасность для живот-
ного как во время доения, так и при случайных передержках доильных
стаканов на сосках.
5. Должна быть достигнута полная изоляция молока от соприкос-
новения с руками человека, исключающая бактериологическую загряз-
ненность свежевыдоенного молока.
6. Осуществлять учет надоя молока от каждой коровы.
7. Аппарат должен быть оборудован средствами сигнализации об
окончании процесса доения и устройствами для автоматического отклю-
чения доильных стаканов со снятием их с сосков.
8. В конструктивном отношении аппарат должен быть наиболее
простым, с минимальным числом деталей и обеспечивать возможность
проведения быстрой и тщательной мойки.
9.2.3. Расчет доильных аппаратов. Расчет включает определение
длительности цикла, соотношения тактов и обоснование конструк-
тивных параметров пульсатора и коллектора.
Длительность тактов при установившемся режиме
работы доильного аппарата определяется по интервалам времени,
475
через которые происходит переключение клапана пульсатора. Рае.
чет основан на учете закономерностей, наблюдаемых при перетека-
нии воздуха из управляющей камеры 4п пульсатора в рабочую ка-
меру 2п и из рабочей — в управляющую. Перетекание воздуха через
регулируемый канал малого сечения происходит под действием пере-
пада давлений, имеющегося в этих камерах. При установившемся ре-
жиме за время t\, соответствующее в основном такту сосания, про-
исходит откачивание воздуха из герметической емкости постоянного
объема (камера 4п) в неограниченный объем (камера 2/г).
При этом в камере 4п вакуум возрастает от /ъ до ht, а в камере 2п
и системе вакуум-провода поддерживается постоянный вакуум h.
За время t2, соответствующее такту разгрузки, происходит впуск
воздуха из неограниченного объема (камера 2п) в герметическую
емкость (камера 4п) с уменьшением вакуума в ней от до й2. Сле-
дует заметить, что при пуске аппарата в работу в управляющей ка-
мере 4п имеет место атмосферное давление (т. е. h = 0). Но к концу
такта сжатия в ней будет наблюдаться небольшой вакуум (4—13 кПа),
который на индикаторных диаграммах доильных' аппаратов (рис. 259)
не находит отражения.
Для описания рассматриваемых процессов В. Ф. Королев пред-
ложил использовать зависимость t = f (h), определяющую связь
между временем процесса и глубиной вакуума в управляющей камере,
исходя из предпосылки, что процесс установившийся.
При откачивании (такт сосания) скорость изменения вакуума
принимается
dx/dZ — &ДЙ —х), (352)
где х — текущее значение переменного вакуума в камере 4п, кПа;
h — номинальный вакуум в системе, кПа;
k} — коэффициент пропорциональности при откачивании.
Разделив переменные и проинтегрировав уравнение (352) в пре-
делах от h2 до hlt получим
л,
/ If dx 1 |„ h — h2
11 ~ V л ~ п /i-fti •
h3
При впуске воздуха скорость изменения вакуума в пределах
от hx до h2 определяется выражением
dx/dt = k2x, , (353)
откуда
ft2
j _____1 Г dx _ 1 । hi
2~ X )Т“ Vю
Лх
где k2 — коэффициент пропорциональности при впуске.
Как было установлено ранёе, для анализа работы доильного
аппарата наибольший интерес представляет не абсолютное значение
476
длительности тактов сосания и разгрузки /2, а их отношение бс:
= = (354)
системе под-
h кПа,
к
30
1,6
1Л
У пул/мин
80
60
t мин
Рис. 260. Характер изменений пока-
зателей режима работы доильного ап-
парата в условиях
Г. Д. Талалаеву):
/ — уровень вакуума
ношение тактов 0с:
ций V
эксплуатации (по
в системе; 2 — соот-
3 — частота пульса-
где k — опытный коэффициент.
Из этой формулы следует, что соотношение тактов зависит только
от вакуума в системе и предельных значений его в управляющей
камере пульсатора. Постоянный ре-
жим работы доильного аппарата
предусматривает, что все величины,
входящие в формулу (354), сохра-
няются постоянными. В действите-
льности же вакуум в
вержен значительным колебаниям
(рис. 260), которые приводят к
изменениям его предельных значе-
ний /ii и /г2. В силу этого и коэф-
фициент k в уравнении (354) не ос-
тается постоянным. Кроме того, при
изучении быстропротекающих про-
цессов требуется учитывать влия-
ние на работу пульсатора ряда
динамических факторов (инерция
подвижных частей клапанного механизма, характер движения потока
воздуха по каналу и др.), которые формулой (354) не учитываются.
Более точно процессы откачивания и впуска воздуха описываются
уравнениями Пуазейля, которые имеют следующий вид.
Время откачивания, или такт сосания, составляет
= (76 —ft) kp 1П Д-Й! ) •
Время впуска, или такт разгрузки, составляет
/г = 7б^Г1п(^27г“)>
где V — объем камеры 4п пульсатора, см3;
kp — коэффициент Пуазейля, учитывающий размеры
(355)
(356)
kp—коэффициент Пуазейля, учитывающий размеры канала и
вязкость воздуха lkp = лсй/(128 /от)в)], здесь d0 и /0 —
диаметр и длина канала, соединяющего камеры 2п и 4п
пульсатора, см; т)в — динамическая вязкость воздуха (т]в =
= 18,1 -1(Г Па-с);
Ф1 и ф2 — переменные коэффициенты.
Переменные коэффициенты и ф3 учитывают время на переклю-
чение клапанов в пульсаторе и уровень вакуума в камерах; их нахо-
дят из выражений
ф — 152 —(/г-р/ц) _ 152 —ft2 (357^
*1- 152 —(ft + ft2) ’ Ч’2" 152-hx *
Разделив уравнения (355) на (356), получим соотношение тактов
бс = ^2 = [76/(76-Л)][1п (358)
477
При этом
Рн.К ~ (363)
Силы, действующие вверх: рш (Н) — сила от давления на шайбу
площадью Гш; рк (Н) — сила от давления на кольцо мембраны пло-
щадью FK.
При этом
рш = Н2Ешт; pK=hiuFlltn. (364)
Уравнение равновесия сил в момент переключения клапана из
верхнего положения в нижнее имеет вид
Ра.к + G + = Рш + Рк.*
(365)
После подстановки рш и рк из формулы (364) и соответствующих
преобразований получим
Ъ — Рц.К_____________________G + Pm
2 Рщ + «Рк т (/-’и + uFK) ’
(366)
Формулы (362) и (366) необходимы для расчета соотношения
длительности тактов и справедливы для любого мембранного пульса-
тора, имеющего управляющую камеру 4п постоянного объема. Однако
предельные значения вакуума hr и h2 должны определяться с учетом
особенностей конструктивной схемы и размеров пульсатора. Так,
формулы (362) и (366) получены для пульсатора аппарата «Волга».
Для аппарата ДА-2М они будут иметь следующий вид (рис. 261, б):
Ь = ь Рщ4-«Рк — Рв-К____G ~НРм .
1 Рш + чРк т(Рш + «Рк)’
h -.ь Гш + иРк-Рн.к б-Рм 1 '
2 Рш+чРк т(Рш + иРк)‘
На рис. 262>приведены кривые изменений соотношений тактов для
аппаратов «Волга» и ДА-2М, полученные Г. Д. Талалаевым, в зави-
симости от глубины вакуума в системе.
Пользуясь формулами (355) и (356), определим длительность цикла
'« - <г +1. = % In(ч>. 45^1 - Ш (% £)]• (368)
Формула для определения частоты пульсаций будет иметь вид
<ЗЮ)
Для расчета действительных значений длительности тактов сле-
дует учитывать наличие переходных процессов за пульсатором,
оцениваемых в дальнейшем промежутками времени А/ с соответствую-
щими индексами. При расчете будем полагать, что по истечении
того или иного промежутка времени А/ в рассматриваемом простран-
стве устанавливается вакуум, который оценивается символом с теми
же индексами, что и у А/.
480
Так, рассмотрим переходный процесс от такта сжатия к такту
сосания (рис. 263), протекающий от момента переключения клапана
пульсатора из верхнего положения в нижнее до установления в меж-
стенных камерах стаканов того минимального вакуума, при котором
сосковая резина выпрямится и начинается действительный такт соса-
ния. Обозначим данный промежуток времени через Д/”™*- Это вре-
мя расходуется на откачивание воздуха из межстенных камер, точнее
из системы за пульсатором, включающей камеру 2п пульсатора,
шланги, камеру 4к коллектора и межстенные камеры стаканов. К концу
кПа
Рис. 262. Кривая изменения соотношений тактов в трехтактном «Волга» (а) и двух-
тактном ДА-2М (б) аппаратах
периода Д/"™ в межстенных камерах вакуум достигает значения
Логк’, при котором начинается отсасывание молока из сосков вымени.
Таким образом, на время Д/отк задерживается, т. е. сокращается,
такт сосания относительно времени, отмечаемого работой пульса-
тора.
С другой стороны, при переходе от такта сосания к такту сжатия,
т. е. от момента переключения клапана пульсатора до прекращения
истечения молока из сосков, до установления вакуума проходит
время Д&к, в течение которого идет впуск воздуха в межстенные
камеры стаканов. На это время увеличивается такт сосания.
Следовательно, в двухтактном аппарате действительная длитель-
ность такта сосания составляет
/с = /1-ДСкК+ЛСк. (370)
Действительная длительность такта сжатия будет
(сж = (2 + Д(о™ -ДСЛ (371)
16 С. В. Мельников
481
Промежутки времени А/”™ и Ай* можно определить по фор.
мулам (355) и (356), если в них подставить соответствующие значе-
ния величин. Так, время откачивания воздуха будет
Л^отк = 776-Л) Л' 1п(^3 л_лм.к )> (372)
где ^м.к — суммарный объем системы после пульсатора, см3;
k'p — коэффициент Пуазейля, учитывающий диаметр и длину
1Ш шланга (kp = ad^l (128/шт]в).
Время впуска воздуха определится по формуле
А/вМпК = -^-1П^^
жр \ h\
м. к
ъп
Переменные коэффициенты соответственно равны
152-(Л + С«)
^3 =-----I52=ft---
И ф4 =
152-Л«пк
152-h *
(373)
(374)
По экспериментальным данным, промежутки времени A/”;* и А/В1;к
для рабочих значений вакуума h мало меняются и составляют при-
мерно: А/”™ = 10—11% и А/”пК = 8% от времени полного цикла /ц.
В трехтактном аппарате имеет место дополнительный такт —
такт отдыха, длительность ta которого определяется работой клапан-
ного механизма коллектора, управляемого пульсатором. Расчет-
ная схема коллектора приведена на рис. 264, а, для
482
работы которого характерны также два случая: 1) когда происходит
переход от такта сосания к такту разгрузки (рис. 264, б) и клапаны
при вакууме /г£п переключаются из верхнего положения в нижнее;
2) когда происходит переход от такта разгрузки (отдыха) к новому
такту сосания, и при вакууме клапаны переключаются из нижнего
положения в верхнее (рис. 264, в).
Рис. 264. Расчетные
схемы коллектора ап-
парата «Волга» (а) и
действия сил в кол-
лекторе (б, в)
Расчет клапанного механизма коллектора производится так же,
как и клапанов пульсатора.
Переключение клапана коллектора из верхнего положения в ниж-
нее происходит после переключения клапана пульсатора (подъема)
при переходе от такта сосания к такту сжатия. На впуск воздуха
в камеру 4к коллектора и снижение в ней вакуума от h до йвп тре-
буется затратить время Д^п, на которое удлиняется такт сосания в конце
I его периода. Кроме того, на заполнение воздухом камеры 2к кол-
1 лектора, молочных трубок и подсосковых камер также требуется
® время Д&к.
I) Этот промежуток времени в трехтактном аппарате представляет
собой такт сжатия, ибо за ним последует выравнивание давлений
16*
483
в меж стенных и подсосковых камерах и наступит такт отдыха, как
продолжение такта разгрузки, формируемого пульсатором.
Переключение клапана коллектора из нижнего положения в верх-
нее произойдет через промежуток времени А/отк после переключения
клапана пульсатора (опускание) при переходе к новому такту соса-
ния. На это время А/оТК задержится начало такта сосания. Кроме
того, после подъема клапана коллектора потребуется еще некоторое
время А/отк на откачивание воздуха из подсосковых камер, точнее
из системы за коллектором, включающей камеру 2к коллектора,
молочные трубки и подсосковые камеры стаканов. Таким образом,
общее уменьшение такта сосания равно сумме А/£тк и А/"™ •
Следовательно, действительное время такта сосания в трехтакт-
ном аппарате составляет
tc = - (АС™ + А/Опткк) + Д4Кп. (375)
Наличие промежутка времени А^к на откачивание воздуха из под-
сосковых камер является специфической особенностью рабочего
цикла трехтактного аппарата.
Действительное время такта сжатия в трехтактном аппарате
составляет
/сж = А^Д (376)
При этом такт отдыха равен
/о == /2 + (ЛСк + А&к ) - А/вп - А/Впп к. (377)
Длительность переходных процессов А&к, А^ОТК > А/Вп и А/вйк оп-
ределяется по формулам (372) и (373).
Для ориентировочных расчетов по результатам опытов их можно
принимать равными: А^отк — А/“™ — Ю—11%; А/вп = А/”пк = 8',/о;
A/о™ = 7—10% и А/впК = Н—13% от времени полного цикла.
По результатам своих исследований И. Н. Краснов делает обоб-
щающие выводы, из которых следует, что современные аппараты
«Волга» и ДА-2М имеют недостаточную скорость извлечения молока
в начальный период доения. На скорость доения сильнее всего влияют
глубина вакуума и длительность такта сосания. Что касается частоты
пульсаций, то она в отсасывающих аппаратах на скорость доения
заметного влияния не оказывает. Скорость доения непосредственно
связана с другим показателем качества работы доильного аппарата —
полнотой выдаивания.
9.2.4. Расход воздуха доильной машиной. Расчет, проводимый
для обоснования потребной подачи вакуумного насоса, включает
определение расхода воздуха доильными аппаратами и системой
вакуум-провода.
Расход воздуха доильными аппаратами за-
висит от глубины вакуума, частоты пульсаций, типа аппарата и вме-
стимости камер и трубок, в которых действует переменный вакуум.
484
Полагая процесс расширения воздуха при откачивании его из ка-
мер доильных стаканов изотермическим, примем суммарную вмести-
мость этих камер для одного аппарата равной Va (м3). Тогда объем
воздуха Vh (м3) после расширения по закону Бойля — Мариотта
составит
П = А>Уа/Рл, (378)
где Рб — барометрическое (атмосферное) давление, кПа;
Va — начальный объем воздуха в камерах при атмосферном
давлении, м3;
— абсолютное давление в камерах при вакууме h, т. е. после
откачивания воздуха, кПа.
Абсолютное давление после откачивания равно
Ph = P6~h. (379)
Соответствующий ему объем воздуха составляет
VA = p6Va/p6-/i. (380)
Следовательно, объем воздуха Уц, подлежащего откачиванию
за один цикл работы аппарата, будет равен
УЦ=УЛ-К.. (381)
Этот объем необходимо привести к нормальным условиям, т. е.
к атмосферному давлению. Тогда приведенный объем Уц-прив будет
равен
Vu. прив= VnPhlPi- (382)
Если в формулу (382) подставить значения из формулы (381)
и давления из формулы (379), то найдем, что объем воздуха, откачи-
ваемый за одну пульсацию и приведенный к атмосферному давлению,
составляет
Ец. прив ~ VгМрб- (383)
Из формулы (383) следует, что при вакууме, равном 52 кПа, необ-
ходимо откачивать примерно половину всего воздуха, находящегося
в камерах стаканов и шлангах переменного вакуума, соединяющих
стаканы, коллектор и пульсатор.
Для аппарата «Волга» объем Va составляет 0,7 дм3, следовательно,
при вакууме 52 кПа расход воздуха аппаратом за один цикл составит
0,35 дм3, а секундный расход при работе 10 аппаратов и частоте пуль-
саций 1 с'1 составит 0,0035 м3/с.
Однако, по наблюдениям, действительный расход воздуха аппара-
том выше теоретического, определенного по формуле (383), на 35%.
Следовательно, для аппарата «Волга» расход составит 0,0047 м3/с.
Принято считать, что для обеспечения нормальной работы доильных
аппаратов необходимо иметь запас подачи, называемый воздушным
резервом.
485
В специальной литературе приводятся более точные методики
расчета расхода воздуха элементами пневмосистемы доильной уста-
новки [42, 43, 50], но для учебных расчетов потребный расход Q (м3/с)
воздуха вакуумной системой можно определить по приближенной
формуле, рекомендуемой ВИЭСХом [50],
Q = l,35vVa(l Н-Л), (384)
где 1,35 — коэффициент несовершенства пульсатора и коллектора,
допускающих протечки воздуха при переключении кла-
панов;
v — частота пульсаций, с-1;
Уа — начальный объем воздуха при атмосферном давлении,
заключенный в камерах и трубках одного доильного аппа-
рата, м3;
А — коэффициент, учитывающий протечки воздуха из вакуум-
ной системы доильной установки вследствие недостаточ-
ной герметичности.
Расход воздуха вакуумной системой определяют по опытным
данным, учитывая имеющиеся в системе подсосы и выражая их в про-
центном отношении к приведенному часовому расходу. Эти потери,
по экспериментальным данным В. Ф. Королева, составляют: 1) утечки
воздуха в соединениях труб и в кранах — = 10%; 2) подсосы
воздуха через зазоры между сосками вымени и сосковой резиной ста-
канов — а2 = 5%; 3) подсосы через доильные стаканы при неумелом
надевании их на соски — а3 = 20%; 4) подсосы при случайном спа-
дании шлангов с воздушных кранов вакуум-провода и обусловлен-
ном им спадании стаканов — а4 = 25%; 5) потеря подачи вакуум-
ного насоса в жаркое время летом из-за разжижения смазки в насосе—
и5 = 20%; 6) потери подачи насоса из-за повышения его температуры
при длительной непрерывной работе — а6 = 20%.
Коэффициент А в формуле (384) равен А = (100 + Sa)/100.
Таким образом, суммарные потери равны примерно по величине
расходу воздуха аппаратом. Если же учесть, что в процессе работы
частота пульсаций нередко увеличивается (что влечет за собой уве-
личение расхода воздуха аппаратом), то можно принять коэффи-
циент ан запаса подачи вакуумного насоса равным 2—3.
9.2.5. Вакуумные установки. Вакуумная установка доильной
машины предназначена для создания разрежения (вакуума) в си-
стеме путем откачки воздуха и выполняет роль силовой трансмис-
сии между двигателем и рабочими органами машины — доильными
стаканами. Установка состоит из вакуумного насоса, вакуум-бал-
лопа, вакуум-регулятора, вакуумметра, системы трубопроводов с арма-
турой и двигателя.
Вакуумные насосы бывают ротационные, поршневые и инжектор-
ные. Ротационные насосы в свою очередь делятся на лопастные,
водокольцевые, типа Рута и др.
В доильных установках применяют ротационные лопастные насосы
марок РВН-40/350, УВУ-60/45, ВЦ-40/130 и др.
486
Заданный уровень вакуума, необходимый для работы доильных
аппаратов и транспортирования молока по молокопроводу, поддер-
живается в системе вакуум-регулятором и контролируется с помощью
вакуумметра, установленного на магистральном вакуум-проводе.
Для устранения пульсации вакуума в систему включают вакуум-
баллон, который одновременно служит для сбора конденсата из труб,
а также воды при промывке вакуум-провода.
15
____ . 10 — вакуум-ре-
выпускнон патрубок; 12 — паз;
15 — впускной па-
4
Рис. 265. Вакуумный насос РВН-40/350:
1 — корпус; 2 — крышка; 3 — вентилятор; 4 —
рама; 5 — электродвигатель; 6 — смотровое стек-
ло со шкалой уровня .масла; 7 — кожух; 8 —
глушитель; 9 — масляный бак;
гулятор; 11
13 — лопатка; 14 — ротор;
трубок
5 2 1
Ротационный радиально-лопастной ваку-
умный насос РВН-40/350 (рис. 265) состоит из корпуса /,
торцовых крышек, ротора 14 с пазами и лопаток 13. В ребристом
корпусе из серого чугуна вращается эксцентрично расположенный
ротор с выдвижными лопатками из текстолита. Зеркально-гладкая
цилиндрическая поверхность внутри корпуса в совокупности с рото-
ром образуют рабочее пространство, куда засасывается воздух через
впускной патрубок 15 и выталкивается через выпускной патрубок 11.
Рабочие поверхности насоса смазываются компрессорным маслом 12
(ГОСТ 1861—54) из масляного бака 9, внутри которого концентрично
расположена всасывающая труба. В нее масло засасывается через
отверстие, регулируемое конусной иглой. Расход масла составляет
8—12 г/ч.
Вакуумный насос установлен на общую раму с электродвигате-
лем 5 мощностью 2,8 кВт. Для охлаждения насоса на его валу уста-
487
новлен вентилятор 3, а на корпусе отлиты продольные ребра. Насос
закрыт кожухом 7, работа без которого запрещается.
Подача насоса составляет 11,1 дм3/с (40 м3/ч) при вакууме 50 кПа
и частоте вращения ротора 1420 мин-1.
Унифицированная вакуумная установка
УВУ-60/45 (рис. 266) включает модернизированный тангенциально-
Рис. 266. Схема (а) и об-
щий вид (6) унифициро-
ванной вакуумной уста-
новки УВУ-60/45:
/ — глушитель; 2 — статор;
3 — ротор; 4 — лопатка;
5 — вакуум-регулятор; 6 —
вакуумметр; 7 — вакуум-
баллон; 8 — корпус глуши-
теля; 9 — стеклянная вата;
10 — рама; 11 — электро-
двигатель, 12 — масленка
лопастный ротационный насос, смонтированный на раме совместно
с электродвигателем. Это позволяет использовать установку для
машинного доения коров в унифицированном ряде доильных уста-
новок.
Конструктивной особенностью насоса является применение мас-
ленки фитильного типа для смазки рабочих поверхностей статора 2
(рис. 266, а) и лопаток 4, а также наличие глушителя 1. Внутри
неразборного корпуса 8 глушителя помещена стеклянная вата 9.
Работу установки в двух режимах при вакууме 53 кПа с подачей
60 или 45 м3/ч обеспечивают изменением частоты вращения ротора 3
путем замены шкива клиноременной передачи на валу электродвига-
теля.
488
6 5
Установка УВУ-60/45 при подаче 60 м3/ч расходует до 15—30 г/ч
масла, а при пониженной подаче — до 10—25 r/ч. Расход масла регу-
лируют изменением количества ниток в фитилях масленки. Мощность
электродвигателя 3 кВт.
Водокольцевой вакуумный насос (ВВН) с жид-
костным поршнем (рис. 267) не требует смазки во время работы.
Основным преимуществом этого насоса является то, что его ротор 3
не касается стенок статора 4. Уплотнение между вращающимся рото-
ром и неподвижным статором
достигается при помощи воды,
которая отбрасывается лопат-
ками ротора к стенкам стато-
ра, образуя внутри него вра-
щающееся водяное кольцо 5.
Каждый паз 6 между лопат-
ками ротора делит серповид-
ное воздушное пространство
между эксцентрично постав-
ленным ротором и водяным
кольцом на несколько ячеек.
Каждая ячейка, проходя ми-
мо всасывающего отверстия,
увеличивается в объеме и соз-
дает этим отсос воздуха из
вакуум-провода 2. При под-
ходе ячейки к выпускному
отверстию ее объем умень-
шается, что ведет к сжатию
воздуха в ячейке и выпуску
его в выхлопную трубу ва-
куумного насоса. Таким обра-
зом, водяное кольцо в насосе
выполняет роль поршня.
При вращении ротора происходит повышение температуры воды
в статоре насоса, что снижает подачу. Для повышения устойчивости
режима работы насоса ВВН предусматривают установку специального
охладителя воды.
На молочных комплексах вместо большого числа радиально-
лопастных ротационных насосов рекомендуют устанавливать во-
докольцевые вакуумные насосы промышленного типа ВВН-6 и
ВВН-12.
Вне зависимости от типа насоса вакуум-баллон монтируют между
насосом и магистральным вакуум-проводом, он уменьшает пульса-
цию вакуума в системе и защищает насос от попадания в него воды
и грязи.
Вакуум-регулятор поддерживает постоянство вакуума в системе
путем открытия клапана при чрезмерно высоком вакууме и закрытия—
при его понижении.
Рис. 267. Схема водокольцевого вакуумного
насоса с жидкостным поршнем:
/ — выхлопная труба; 2 — вакуум-провод; 3 —
ротор; 4 — статор; 5 — водяное кольцо; 6 — паз
489
Вакуум-насос при откачивании воздуха из закрытого простран-
ства может довести вакуум до 9,5 кПа, что недопустимо для машин-
ного доения. Поэтому через вакуум-регулятор непрерывно входит
воздух, снижающий вакуум. Обычно груз, подвешенный к клапану
регулятора доильной машины с аппаратами «Волга», имеет массу
1,5 кг при вакууме 51 кПа.
Вакуумметр имеет шкалу до 98,1 кПа. Его устанавливают в коров-
нике или доильном помещении на видном месте.
9.2.6. Теория и расчет ротационного лопастного вакуумного насоса.
Рабочий процесс лопастного вакуумного насоса однократного
действия протекает следующим образом. При вращении ротора
Нагнетание
Рис. 268. Схема рабочего процесса (а) ротационного лопастного вакуумного насо-
са (а) и схемы к расчету его расходов (б) и площадей камер насоса (а)
(рис. 268, а) лопатки под действием центробежной силы прижимаются
к рабочей поверхности цилиндрической камеры. Но ротор расположен
эксцентрично относительно оси О цилиндрической камеры, поэтому
лопатки, перемещаясь в пазах ротора, или удаляются от его оси О1(
или приближаются к ней [39, 50].
Объемная подача ротационного лопастного насоса зависит от пло-
щади ABBjAi поперечного сечения камеры всасывания, длины ротора
и угловой скорости вращения его. Поэтому для определения по-
дачи Q (м3/с) необходимо вычислить площадь АВВ1А1 камеры как
функцию угла ф поворота ротора. Выберем систему полярных коор-
динат с началом в центре (рис. 268, б) ротора и найдем радиус-
вектор г.
Из треугольника ОгаО имеем
r = ecos ф + ]Л/?2 — е2-f-е2cos2ф , (385)
где е — эксцентриситет;
R — радиус статора;
Ф — текущий угол между лопаткой и вертикальным диаметром.
490
Торцовая площадь ABByAr камеры равна разности площадей двух
секторов АВО1 и А1В1О1, изменяющихся в пределах от угла <р до
угла ф + р.
При этом площадь сектора АВ(\
ч> + Р ч> + Р _______________
S1 = 0,5 $ r2d<p = 0,5 j (ecos ф + Р^2 —cos2 ф )2 d<p,
<₽ <₽
а площадь сектора
<р+ Р
S2 = 0,5 грйф,
<₽
где гр — радиус ротора.
Таким образом площадь S камеры ABBxAy составит
/ Ф 4- Р 4- Р \
S = S1-S.2 = 0,5 [ г2бф- Пф _ (386)
\ ч> <₽ / ’
Из этой формулы видно, что площадь S зависит от двух перемен-
ных г и ф. Радиус-вектор г определяется значением эксцентриси-
тета е, радиуса R статора и их отношением e!R.
При весьма малом радиальном зазоре между ротором и статором,
который в существующих конструкциях насосов составляет 70—
100 мкм, ход лопатки равен D — d = 2е. Следовательно, отношение
elR можно представить в виде
e/R = (D — d)/D=\ —(d/D), (387)
где D — диаметр статора;
d — диаметр ротора.
Из этого выражения следует, что площадь всасывающей камеры
зависит от правильного выбора отношения диаметра ротора к диа-
метру статора, которое обычно принимают в пределах 0,83—0,91.
Что касается второй переменной — угла ф поворота, то после
интегрирования уравнения (386) и соответствующих преобразований
можно убедиться, что действительная площадь S камеры всасывания
будет иметь максимальное значение Smax при ф' = р/2 и мини-
мальное Smin при ф = л — (0/2) (рис. 268, в).
Следовательно, для полезной работы насоса используется раз-
ность AS, которая после некоторых упрощений может быть принята
равной
AS = Smax- Smin = 2eDsin (0/2). (388)
При этом полезный объем камеры всасывания составит
VBC = 2eZ?A sin (0/2), (389)
где L — длина ротора.
При числе лопаток, равном г, и угловой скорости со подача лопаст-
ного насоса составит
Q— VBCzco/(2n), (390)
491
или, с учетом выражения (389),
Q = eDLza sin (р/2)/л. (391)
Для четырехлопастных насосов (г = 4) угол между лопатками
Р = л/2, a sin (р/2) = 0,707. Для таких насосов теоретическую
подачу можно определить по следующей формуле:
Q = 0,98eDLti). (392)
Как следует из формулы (392), теоретическая подача вакуум-
насоса, определенная по объему кольца, образованного лопатками
и корпусом, возрастает прямо пропорционально с увеличением его
геометрических размеров (е, D, L) и скорости вращения ротора.
Рис. 269. Характеристика вакуумного насоса РВН-4О/35О, построенная по резуль-
татам испытаний:
а — Q = / (<о); б — N = / (<о)
Объемная подача, приведенная к условиям вакуума в системе,
будет меньше полученной по формуле (392). Это уменьшение учиты-
вается манометрическим коэффициентом цм, который равен
Пм = (Рб-Л)/рб. (393)
где рб — атмосферное давление, кПа;
h — вакуум в системе трубопроводов, кПа.
Зависимость подачи от вакуума в системе является основной
характеристикой вакуумного насоса, которая представляется в виде
графика (рис. 269, а).
Чем выше в системе вакуум, тем меньше подача насоса. При пол-
ном вакууме подача воздуха равна нулю (rjM = 0), а при вакууме,
равном нулю, подача насоса приближается к теоретической.
В доильных установках вакуум создается в пределах от 47 до
66 кПа, манометрический коэффициент цм = 0,52—0,32.
492
Действительный расход воздуха зависит от степени наполнения
всасывающей камеры. Степень наполнения оценивают коэффициен-
том фн наполнения (подачи), значение которого зависит от конструк-
тивного оформления камеры и определяется экспериментальным
путем. По данным Н. И. Мжельского [50], <рн может колебаться в очень
широких пределах (0,3—0,9).
С учетом отмеченного формулу для расчета действительной по-
дачи Qs (м3/с) четырехлопастного вакуумного насоса можно пред-
ставить в следующем виде
Qa = 0,98еОЬ®цмф„. (394)
Для оценки численного значения коэффициента <рн обратимся
к результатам испытаний насоса РВН-40/350 (рис. 269), в ходе кото-
рых была получена действительная объемная подача = 8,8 дм3/с
при вакууме 47 кПа и частоте вращения ротора 1480 мин'1. Мано-
метрический коэффициент т]м — 0,52. Геометрические размеры насоса:
диаметр статора 0,146 м, длина статора 0,2 м, эксцентриситет 0,008 м.
При этих условиях коэффициент <ри заполнения камеры оказался
равным <рн = (?д/ (0,98eDLa>T]M) — 0,49.
В соответствии с технической характеристикой насос РВН =
= 40/350 должен иметь подачу 40 м3/ч (11,1 л/с) при частоте вращения
1440 мин'1 и вакууме 53,4 кПа. Для этих условий коэффициент напол-
нения фн — 0,75.
На молочных комплексах и крупных фермах в настоящее время
вакуум используется для механизации дополнительных технологиче-
ских операций, связанных с машинным доением.
В связи с этим запас подачи вакуумной установки должен быть
значительно увеличен.
Кроме возможных утечек и дополнительных потребителей ваку-
ума, в условиях эксплуатации следует учитывать дополнительную
нагрузку на вакуумный насос от значительной протяженности вакуум-
ных линий.
Выбор конструктивных параметров вакуум-насоса по заданной
подаче удобно делать по номограмме (рис. 270), предложенной
Н. И. Мжельским [501.
На оси ординат номограммы отложены значения параметра kR2,
где k — 1 — (f/R), если г— радиус ротора, a R — радиус расточки
корпуса. На оси абсцисс отложены значения подачи насоса Q (м3/ч)
при соответствующей частоте вращения п (мин'1) ротора.
В правой части номограммы, начиная от оси kR2, расположены
лучи L, соответствующие длине ротора или цилиндра насоса от 50
до 300 мм. Слева от оси kR2 расположен участок со шкалами R, г и е
(в — эксцентриситет, мм).
В левом нижнем углу изображены кривые значений kR2 в зависи-
мости от отношения rlR и радиуса R. Задавшись величиной R, можно
найтн параметр kR2 (на одной из кривых) для любого соотношения r/R
в пределах от 0,5 до 0,9.
493
ной подаче. Или же для ранее выбранной длины L ротора определяют
подачу, которую будет давать насос при вновь выбранных г, R, е
и kR\
При работе ротационного лопастного насоса (так же как и порш-
невого) воздух откачивается из системы не строго равномерно, так
как имеет место пульсация, обусловленная изменением объема вса-
сывающей камеры в зависимости от угла поворота ротора. Вслед-
ствие этого и вакуум в системе не остается постоянным, а пульсирует,
изменяя свое значение по косинусоидальной кривой.
Степень неравномерности 6Н (%) расхода воздуха определяют
по приближенной формуле
6H = 500/z2, • (395)
где z — число лопаток.
Из формулы (395) следует, что четырехлопастные насосы типа РВН
имеют неравномерность, равную 31%, для уменьшения влияния кото-
рой в вакуумную систему требуется включить вакуум-баллон необ-
ходимой вместимости (20—25 л).
Расчет мощности, потребной для привода вакуумного насоса
в работу, производится по формуле
Л/ = Л1тах(о/ц, (396)
где Л4тах — максимальный крутящий момент, обусловленный сопро-
тивлением всасывания, Н-м;
т] — КПД вакуум-силовой установки (ц = 0,75—0,85).
Для ротационного насоса с четным числом лопаток крутящий
момент М — heDL, где h — расчетный вакуум, который можно при-
нять равным 66 кПа.
Для вакуум-насоса РВН = 40/350 потребная мощность N =
= (66 • 103 -0,008 -0,146 -0,2 -151) /0,8 = 2720 Вт.
Изменение потребной мощности вакуум-насоса РВН = 40/350
в зависимости от вакуума показано на рис. 269, б.
9.3. ДОИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
9.3.1. Типы доильных установок. В зависимости от способа содер-
жания коров в зимний и летний периоды, а также от принятой системы
организации машинного доения применяют доильные установки
разных типов. На рис. 271 представлена классификация основных
типов доильных установок, встречающихся у нас в стране и за рубе-
жом.
Для организации машинного доения наиболее характерными
являются четыре способа.
1. Доение круглый год на ферме в стойлах. Содержание коров
привязное. Применяемые доильные установки — АД-100А или
ДАС-2Б с переносными аппаратами и сбором молока в ведра; АДМ-8
со сбором молока через молокопровод в общую емкость; специальные
установки для конвейерного обслуживания коров.
495
Рис. 271. Классификация доильных установок
2. Доение круглый год на комплексе, или ферме, на площадках
или в доильных помещениях в специальных станках. Содержание
коров беспривязное. Применяемые доильные установки — со станками
типа «Тандем», «Елочка» или конвейерного типа.
3. Доение зимой на ферме, летом — в стационарном лагере. Си-
стема содержания коров стойлово-пастбищная. Применяемые доиль-
ные установки: на ферме — ДА-100А, ДАС-2Б, АДМ-8; на пастбище —
в лагере УДС-ЗА — универсальная передвижная с параллельно-
; проходными станками или со станками «Елочка».
; 4. Доение зимой на ферме, летом — на пастбище. Система содер-
жания стойлово-пастбищная. Применяемые доильные установки
на пастбище — УДС-ЗА универсальная передвижная с параллельно-
проходными станками; на ферме — АД-100А, ДАС-2Б, АДМ-8.
В настоящее время промышленность выпускает доильные уста-
новки четырех типов: 1) для доения в стойлах со сбором молока
в переносные ведра — АД-100А и ДАС-2Б; 2) для доения в стойлах
со сбором молока через молокопровод в общую емкость — АДМ-8;
3) для доения на пастбищах и площадках со сбором молока в общую
емкость — УДС-ЗА; 4) для доения на площадках со сбором молока
в общую емкость — УДТ-6 типа «Тандем», УДЕ-8 типа «Елочка»
и УДА-100 типа «Карусель».
9.3.2. Доильные установки с переносными ведрами. Доильный
. агрегат'(установка) АД-100А (рис. 272) состоит из десяти трехтактных
доильных аппаратов «Волга» и рассчитан на обслуживание 100-мест-
ного коровника или родильного отделения молочной фермы. В состав
агрегата также входят: комплект труб (около 170 м) с арматурой
и фитингами, набор запасных частей и сменной резины, комплект
принадлежностей для мойки и чистки аппаратов.
Доильный агрегат стационарный (установка) ДАС-2Б с десятью
двухтактными аппаратами ДА-2М; кроме доильной машины, имеет
устройство для циркуляционной мойки аппаратуры и укомплектован
ручными тележками для перевозки фляг с молоком в молочное отде-
ление.
Технологический процесс работы доильной установки с пере-
носными ведрами включает следующие операции: 1) промывку доиль-
ного аппарата перед доением; 2) подготовку коровы к доению; 3) наде-
вание стаканов на соски и доение; 4) слив молока из доильного ведра
в бидон и транспортировку его в молочную; 5) мойку и дезинфекцию
доильных аппаратов после доения. Техническая характеристика доиль-
ных установок приведена в табл. 37.
9.3.3. Доильные установки с молокопроводом. Доильная установка
АДМ-8 с молокопроводом выпускается в двух вариантах для машин-
ного доения 100 и 200 коров в стойлах. Выдоенное молоко учитыва-
ется и затем транспортируется по стеклянному молокопроводу в мо-
лочное отделение, где охлаждается и собирается в общую емкость
для хранения.
Доильная установка (рис. 273) для 200 коров состоит из 12 аппа-
ратов ДА-2М, вакуум-провода, двух главных вакуум-регуляторов 4,
17 С. В. Мельников
497
8
Рис. 272. Доильный аг-
регат АД-100А с аппара-
тами «Волга»:
/ — тележка для перевозки
фляг; 2 — ведро (подойник!;
3 — доильный край (угло-
вой); 4 — вакуумметр; 5—
доильный аппарат; 6 — маг-
нитный пускатель; 7 — вы-
пускная труба; 8—вакуум-
провод; 9 — вакуум-регуля-
тор; 10 — вакуум-баллон;
11— электродвигатель; 12—
фундамент; 13 — вакуумный
насос; 14 — маслоотстойник;
15 — моечный кран (пря-
мой); 16 — полка: 17 —
вешалка; 18 — стол; 19 —
электроводонагреватель;
20 — шкаф для запчастей и
сменной резины
шести вакуум-подъемников 5 молокопровода 3 и двух унифицирован-
ных вакуумных насосов 13 (установок УВУ-60/45).
Таблица 37. Техническая характеристика доильных установок
со сбором молока в ведра
Показатели Установка
АД-100А ДАС-2 ДАС-2Б
Обслуживаемое поголовье 100 100 100
Обслуживающий персонал 3—4 3—4 3—4
Производительность одного дояра при 14—16 14—16 14—16
работе с одним аппаратом, коров(ч
Доильный аппарат;
марка «Волга» ДА-2 «Май- ДА-2М
га»
тип Трехтактный Двухтактный
Вместимость доильного ведра, л 20 19 19
Масса доильного аппарата с ведром, кг 8,0 9,0 8,5
Длина вакуум-провода, м:
0 25 мм 150 170 170
0 45 мм 33 20 20
Число мест подключения доильных аппа- 55 55 55
Вакуумная установка УВУ-45 УВУ-45 УВУ-45
Расход воздуха при вакууме 53 кПа, м3/ч 45 45 45
Потребная мощность, кВт 3 3 3
Установка для промывки доильных аппа- 1 1 1
ратов и крышек ведер, шт.
Частота пульсаций пульсоусилителя, 16—20 12-15 10—15
мин~1
Оборудование молочной линии включает два групповых счетчика
12 надоя молока, шесть устройств зоотехнического учета молока,
молокосборник 10, насос И, молочный универсальный фильтр 9 н
пластинчатый охладитель 8 молока.
Кроме того, доильная установка снабжена устройством 7 для
автоматической циркуляционной промывки молокопровода и доиль-
ной аппаратуры, источником тепла — электрическим водонагревате-
лем-термосом ВЭТ-400, шкафом управления и шкафом запасных
частей.
Для сбора и хранения молока рекомендуется применять танки-
охладители молока ТОМ-2А, а в качестве источника холода — холо-
дильную стационарную фреоновую установку МХУ-8С.
Из принципиальной схемы доильной установки с молокопрово-
дом АДМ-8 (рис. 274, а) видно, что вакуум-провод 11 представляет
собой восемь тупиковых ветвей с диаметром труб D = 25 мм, а моло-
копровод 12 — две замкнутые петли, перестраиваемые разделите-
лем 13 во время доения на четыре ветки из стеклянных труб 0 45 мм.
Если за начало веток принять его патрубки, присоединенные к пла-
17* 499
стинчатому охладителю молока 8, то в наиболее удаленной точке
каждой из четырех веток установлен главный вакуум-регулятор 2.
Это сделано для того, чтобы по молокопроводу всегда проходил поток
воздуха, иначе из герметической системы нельзя извлечь молоко
для транспортирования с необходимой скоростью. Забор дополни-
тельного воздуха в молокопровод из атмосферы производится через
фильтр грубой очистки, устанавливаемый над крышей коровника.
4
Рис. 273. Агрегат доильный АДМ-8 с молокопроводом:
/ — вакуум-провод; 2 — переключатель; 3 — молокопровод; 4 — главный вакуум-регуля-
тор; 5 — вакуум-подъемник молокопровода; 6 — ванна для мойки молочного оборудования;
7 — автомат промывки; 8 — пластинчатый охладитель молока; 9 — фильтр; Ю — молоко-
сборник; // — насос молочный универсальный; !2 — счетчик надоя молока групповой;
13 — установка вакуумная унифицированная; 14 — водонагреватель-термос электрический
Разделитель 13 молочной линии служит для разделения
ее во время доения на две ветви. Такое разделение ветвей дает возмож-
ность организовать групповой учет надоя молока и позволяет сни-
зить пульсации потока в молокопроводе.
Перевод молокопровода с режима доения на промывку произ-
водят переключателями, устанавливаемыми на пути отсоса молока
у групповых счетчиков 4. На рукоятке каждого переключателя
имеются индексы «Д» и «М». В положении доения («Д») концы ветвей
молокопровода соединяются с патрубками успокоителей групповых
счетчиков надоя молока.
После перестановки переключателя в положение промывки («М»)
при включенном разделителе (рис. 274, б) обе ветви молокопровода
объединяются в один общий контур, который одним концом при-
500
соединяется к коллекторной трубе устройства промывки, а вторым —
к двум патрубкам групповых счетчиков.
Главный вакуум-регулятор (рис. 275, а) состоит
из двух частей и обслуживает две ветви молокопровода. Каждая
часть его состоит из шланга 1, вакуумметра 2 и вакуум-регулятора,
Рис. 274. Принципиальная схема доильного агрегата АДМ-8:
а — доение; б — промывка: / — доильный аппарат; 2 — главный вакуум-регулятор; 3 —
дифференциальный клапан; 4 — счетчик иадоя молока групповой; 5 — молокосборник;
6 — насос молочный универсальный; 7 — фнльтр; 8 — пластинчатый охладитель молока;
9 — автомат промывки; 10 — ванна для мойки молочного оборудования; 11 — вакуум-про-
вод: 12 — молокопровод; 13 — разделитель; 14 — вакуумный насос
находящегося в колпаке 7. Изменением числа малых 5 и больших 6
шайб-грузов добиваются того, чтобы в каждой ветви молокопровода
разрежение было равно 49 кПа.
В тупиковом вакуум-проводе требуется поддерживать вакуум
45 кПа. Это производится дифференциальным клапа-
ном, который устанавливают в месте подключения тупикового ва-
куум-провода к вакуум-магистрали доильной установки.
501
Рис. 275. Главный вакуум-регулятор (а) и дифференциальный клапан (б) агрегата АДМ-8:
/ — шланг, 2 ~ вакуумметр: 3 — грубый фильтр; 4 — клапан; 5 — шайба-груз малая; 6 — шайба-груз большая; 7 — колпак; 8 — кла-
пан спуска конденсата; 9 — пробка
Дифференциальный клапан (рис. 275, 6) автоматически поддер-
живает заданную разность давлений (вакуума) за счет малых 5 и
больших 6 грузов, подвешиваемых к клапану 4.
Рис. 276. Общий вид (а) и схема работы счетчика МГБ применительно к условиям
наполнения первой (б) и второй (в) камер:
/ — измеритель объема молока (барабан); 2 — успокоитель; 3 — сумматор; 4 — щель рас-
пределительного цилиндра; 5 — камера № 2; 6 — входной патрубок; 7 — кромка распреде-
лительного цилиндра; 8 — камера № 1; 9 — отверстие распределительного цилиндра; 10 —
канал барабана
Счетчик молока групповой барабанный
марки МГБ (рис. 276, а) производит автоматический учет молока
не более чем от трех коров. Его устанавливают в потоке молока между
503
переключателем и молокосборником. Основные узлы счетчика: успо-
коитель 2, барабанный измеритель 1 объема и сумматор 3.
Успокоитель 2 включен в молокопровод перед измерителем 1
объема и предназначен для сглаживания пульсаций молока, прохо-
дящего через измеритель.
Измерение количества молока (по объему) производится за счет
последовательного автоматического наполнения и опорожнения трех
мерных камер барабана измерителя 1 объема. Молоко, поступающее
в отдельные камеры, своей массой создает вращающий момент в резуль-
тате перемещения центра тяжести формирующейся порции, который
и поворачивает барабан измерителя. При вращении барабана маг-
ниты, расположенные на его плоской стене, замыкают магнитоуправ-
ляемый контакт КЭМ-2-А и производят соответствующий отсчет
на сумматоре 3. Наибольший расход, измеряемый одним счетчиком,
составляет 0,6 м3/ч (0,166 л/с). Относительная погрешность нахо-
дится в пределах ± 2% от учитываемой массы молока. Перед нача-
лом доения производят сброс на нуль показания сумматора. Схема
работы счетчика МГБ показана на рис. 276, бив.
Соединение доильных аппаратов с м о л о -
копроводом и вакуум-проводом производится под-
ключением ручки доильного аппарата к корпусу молочно-вакуумного
крана. На кране имеется перемещающаяся планка, допускающая
присоединение вакуумного шланга через пульсатор к вакуум-проводу
и молочного шланга к молокопроводу. При снятии ручки планка
перекрывает отверстия в корпусе молочно-вакуумного крана, и доиль-
ный аппарат прекращает работу. На установке АДМ-8 смонтировано
104 молочно-вакуумных крана.
В местах переходов молокопровода через кормовые проходы
он выполнен опускным. Это улучшает вакуумный режим работы уста-
новки, так как при опущенной «петле» молокопровода молоко транс-
портируется по горизонтали, без изменения высоты трассы. При
запуске вакуумной установки над диафрагмой спускного механизма
создается вакуум, и подвешенная на кронштейнах часть молокопро-
вода опускается под действием силы тяжести.
Устройство УЗМ-1 для зоотехнического учета надоенного
молока (рис. 277). Иногда его называют индивидуальным счетчиком.
Предназначено для замера надоенного молока и взятия проб для
определения качества и жирности молока от каждой коровы. Его
подвешивают так, чтобы входной штуцер был соединен шлангом
с молочным патрубком коллектора доильного аппарата, а выходной
через шланг переносной ручки с молокопроводом доильной установки.
Работает устройство следующим образом (рис. 277, а). Через
входной штуцер молоко поступает в приемную камеру / и через
отверстие в ее дне сливается в отмерную камеру // до тех пор, пока
всплывающий поплавок 4 не перекроет это отверстие и не прекратит
слив молока. Через боковое отверстие поплавковой камеры наруж-
ный воздух поступит в отмерную камеру II и обеспечит в ней зна-
чительно большее давление, чем в приемной I и сливной III камерах.
504
Это повышенное давление вытеснит молоко из отмерной камеры II
в трубку 13 с жиклером 7. При подъеме молока вверх часть потока
(2%) пройдет через жиклер и трубку 11 и попадает в мензурку /,
а 98% молока направится в сливную камеру III и через выходной
штуцер — в молокопровод.
Рис. 277. Схема счетчика для индивидуального учета надоя молока УЗМ-1:
а — заполнение камеры //; б — опорожнение камеры //; I — приемная камера; II — от-
мерная камера; III — сливная камера; / — мензурка; 2 — рукоятка со штоком; 3 — проб-
ка; 4 — поплавок; 5 — корпус; 6 — колпак; 7 — жиклер; 8 — крючок; 9 — пробка мен-
зурки; 10 — замок; II — трубка; 12 — воздушный клапан; 13 — трубка с жиклером
После опорожнения отмерной камеры II давление в ней начнет
падать. Поплавок упадет на шток рукоятки 2, и весь цикл порцион-
ного поступления и отсоса молока повторится. Шкала мензурки пока-
жет количество выдоенного молока в килограммах. После окончания
доения коровы молоко из мензурки удаляется через молокопровод
путем пропуска воздуха через клапан 12.
Система автоматического управления ра-
ботой молочного насоса (рис. 278) принадлежит к ком-
605
бинированной электро-пневматической системе, предназначенной для
откачки молока из молокоприемника и прекращения доения при выходе
молочного насоса из строя. Основными частями ее являются: резерв-
Рис. 278. Схема системы автоматического управления работой молочного насоса:
/ — резервная камера; 2 — поплавковое устройство; 3 — вакуумный шланг; 4 — молочный
шланг от группового счетчика; 5 — магнитный пускатель молочного насоса; б — пневмока*
мера; 7 — пусковой клапан автоматической промывки; 8 — резиновый клапан; 9 — шток;
10 — поплавок; // — молокосборник; 12 — молочный шланг к фильтру; 13 — насос молоч-
ный универсальный; 14 — электродвигатель
ная камера 1, поплавковое устройство 2, магнитный пускатель 5,
электродвигатель 14 насоса, пневмокамера 6, молокосборник 11 и
насос 13 молочный универсальный.
506
После включения в работу вакуумного насоса доильной уста-
новки вакуум через резервную камеру 1 распространится в молоко-
сборник И. Внутри молокосборника на подставке расположен попла-
вок 10 со штоком 9 и резиновым клапаном 8. Во время заполнения
молокосборника молоком (или жидкостью) поплавок всплывает и
через резиновый клапан открывает путь вакууму в воронку пневмо-
камеры. Прогнувшаяся при этом резиновая мембрана действует
на передаточные рычаги и включает магнитный пускатель электро-
двигателя молочного насоса. По мере откачки молока из молокосбор-
ника поплавок 10 опускается вниз и садится на подставку. Воронка
пневмокамеры 6 заполняется атмосферным воздухом, что ведет к отклю-
чению электродвигателя молочного насоса. При дальнейшем поступле-
нии молока в молокосборник цикл повторяется. При промывке си-
стема работает так же, как и при доении.
Если молочный насос по какой-либо причине не включается, то
под действием вакуума молоко поступает в резервную камеру 1.
Клапан 2, расположенный в конце главной вакуумной магистрали,
всплывает и перекрывает магистраль. Распространение вакуума
в молокопровод прекращается, и доение или промывка приостанавли-
ваются.
Система автомата промывки доильной уста-
новки (рис. 279, а) производит автоматическое управление цир-
куляционной промывкой молокопровода и молочного оборудования
по заданной программе. В шкафу 12 управления смонтированы маг-
нитный пускатель. 2 молочного насоса, пульсатор 11, пневмокамера 5,
два храповых колеса 3 с двумя собачками 4, валик 6, четыре клапана
выключения вакуумного насоса и молочного насоса, клапаны вклю-.
чения циркуляционной промывки 9 и горячей веды 10. Ванна 16
предназначена для раствора моющей жидкости и служит опорой крон-
штейна коллекторной трубы для подключения промываемых аппара-
тов.
После настройки доильной установки АДМ-8 на промывку окон-
чание доения и сбор остатков молока производят подключение шкафа
управления к главной вакуумной магистрали. Через тройник вакуум
распространяется в пульсатор и к клапанам. Пульсатор регулируют
на заводе на частоту 40 пульсов в минуту. Пульсатор превращает
постоянный вакуум в чередующиеся друг за другом импульсы вакуума
и постоянного атмосферного давления. Сигналы поступают в воронку
пневмокамеры 5. На конце штока диафрагмы пневмокамеры рас-
положены две собачки 4, входящие в зацепление с храповиками 3.
Левая собачка находится все время в контакте с левым храповиком
и проворачивает его на один зуб при каждом ходе штока. Большая
часть зубьев правого храповика закрыта кожухом, который допу-
скает поворот правого храпового колеса только на один зуб и только
после того, как левый храповик сделает целый оборот.
При повороте правого храповика одновременно поворачиваются
четыре пары кулачков, закрепленных на валике 6 храповика. Пер-
вая пара кулачков от храповика управляет микровыключателем 7
507
вакуумного насоса; вторая пара — клапаном 8 выключения молочного
насоса; третья пара — клапаном 9 включения циркуляционной про-
мывки доильных аппаратов и молокопровода; четвертая пара —
работой клапана 10 включения горячей воды.
Рис. 279. Схема системы автомата циркуля-
ционной промывки унифицированных доильных
установок АДМ-8, УДТ-6 и УДЕ-8 (а) и цик-
лограмма промывки (б):
а: 1 — молокосборник; 2 — магнитный пускатель
молочного насоса; 3 — храповое колесо; 4 — собач-
ка; 5 — пневмокамера; 6 — валик; 7 — микровы-
ключатель вакуумного насоса; 8 — клапан выклю-
чения молочного насоса; 9 — клапан включения цир-
куляционной промывки; 10 — клапан включения
горячей воды; 11 — пульсатор: 12 — шкаф управле-
ния; 13 — вакуум-провод; 14, 15 — вентили холод-
ной н горячей воды; 16 — ванна; 17 — фасонный
вентиль; б: Г — горячая вода (Т = 338—343 К);
U — циркуляционная промывка; Р — принудитель-
ное включение молочного насоса; В — вакуумный н
молочный насосы, командный прибор (только для
Доведения цикла промывки до «О»)
Размещение кулачков на валу вращающегося храпового колеса
произведено в строгом соответствии по времени с началом и продол-
жительностью включения контактов электродвигателя вакуум-насоса
и открытия вентилей в распределителе воды. При нажатии кулачка
на тот или иной, клапан вакуум распространяется в воронку соот-
ветствующей пневмокамеры. Две пневмокамеры установлены в рас-
508
пределителе воды. Это обеспечивает подачу горячей воды в ванну
и слив использованного раствора в канализацию.
На рис. 279, б изображена циклограмма работы автомата цирку-
ляционной промывки доильной установки АДМ-8. Заводская регули-
ровка обеспечивает продолжительность всего цикла циркуляционной
промывки в 40 мин с учетом перекрытия фаз при продолжительности
собственно промывки и дезинфекции в 15 мин и прополаскивания
в 5 мин.
Рис. 280. Технологическая схема доильной установки «Импульс» М-620 (производ-
ство ГДР):
/ — главный вакуумный регулятор; 2 — молокопровод; 3 — вакуум-регулятор; 4 — подъ-
емная часть молокопровода; 5 — вакуум-провод; 6 — вакуумметр; 7 — бак для промывоч-
ной жидкости; 5 — опорожиитель; 9 — пульсатор; 10 — пульсоусилитель; 11 — фильтр;
/2 — трубопровод для охлаждающей воды; 13 — пластинчатый охладитель; 14 — трубопро-
вод для хладоагента; 15 — молочная цистерна; 16 — бак для накопления холода в виде
льда; 17 — насос для охлаждающей воды; 18 — холодильная машина; 19 — глушитель;
20 — вакуумный насос; 21 — вакуум-баллон
Технологический процесс работы доильной
установки АДМ-8 включает следующие основные операции: 1) про-
мывку доильного аппарата и молокопровода перед доением; 2) под-
готовку коровы к доению; 3) надевание доильных стаканов на соски,
доение и снятие стаканов; 4) промывку и дезинфекцию доильных
аппаратов и молокопровода после доения.
Доильная установка с молокопроводомМ-620
«Импульс» (производство ГДР) получила широкое распространение
на молочных фермах нашей страны. Установка (рис. 280) рассчитана
на 120 коров. При доении коров молоко от доильных аппаратов посту-
пает в молокопровод 2. По нему молоко направляется в молочную,
где очищается, проходя через фильтр 11, охлаждается протйвопоточ-
509
ним пластинчатым охладителем 13 и собирается в вакуумированную
транспортную цистерну 15 вместимостью 630 или 1000 л.
Установка укомплектована двухтактными доильными аппаратами
М-59 с попарным доением четвертей вымени. Доильные стаканы через
коллектор соединены двойным воздушным шлангом с пульсатором 9,
расположенным на вакуум-проводе 5.
Вакуум-провод и молокопровод закольцованы в виде петель,
в центре каждой из которых установлен двухходовой стеклянный
кран-разъединитель, два вакуумных регулятора 3 с фильтрами и
вакуумметрами 6. Во время доения разъединительные краны молоко-
провода перекрыты, в результате этого образуются тупиковые ветви,
в конце которых через вакуумные регуляторы и фильтр подсасыва-
ется воздух, способствующий улучшению транспортировки молока.
Вакуум в молокопроводе равен 53 кПа. Во время промывки разъеди-
нительный кран открывается, и тупиковые ветви соединяются в петлю.
Для охлаждения молока установка укомплектована холодильной
машиной 18, баком 16 вместимостью 500 л для намораживания льда
и центробежным насосом 17 для охлаждающей воды. Внутри бака 16
установлен пластинчатый испаритель, являющийся частью холодиль-
ной машины 18. На внешней поверхности испарителя образуется и
накапливается лед. Из бака охлажденная вода забирается насосом 17
и подается в охладитель 13 молока.
Пульсатор 9 с пульсоусилителем 10 (частота пульсаций 10—
15 мин-1), опорожнитель 8 и бак 7 образуют комплект приборов, исполь-
зуемый при промывке доильных аппаратов и системы молокопрово-
ДОВ.
Техническая характеристика доильных установок с молокопро-
водом приведена в табл. 38.
9.3.4. Установки для доения коров на площадках или в залах.
Универсальная доильная установка (станция) УДС-ЗА (рис. 281)
поставлена на производство в 1975 г. и представляет собой пере-
движную установку, применяемую для машинного доения
коров на площадках и пастбищах. Установка имеет восемь доильных
станков 8 параллельно-проходного типа, собранных на полозьях
в две секции.
Со сторог ы входа станки оборудованы подъемными дугами, а со сто-
роны выхода — дверцами, на которых укреплены кормушки для
концентрированных кормов. В промежутках между станками уста-
новлены бункеры вместимостью 0,25 м3 со шнековыми дозаторами,
которые приводятся в работу вручную. Количество выдаваемого корма
регулируется числом поворотов рукоятки дозатора, а направление
потока корма — в правую или в левую кормушку — перекидной
заслонкой.
Доильная аппаратура 13 состоит из восьми трехтактных доиль-
ных агрегатов «Волга». Для контрольных доек каждый аппарат снаб-
жен счетчиком УЗМ-1 индивидуального учета надоя молока.
Молокопровод 11 установки УДС-ЗА изготовлен из нержавеющей
стали. По нему молоко поступает в молокосборник 7, из которого
510
молочным насосом 15 перекачивается в систему 14 первЧщной обра
ботки молока и далее — во фляги 16.
Таблица 38. Техническая характеристика доильных установок
с молокопроводом
Показатели Установка
Молокопро- вод- 100 «Даугава» АДМ-8 М-620 «Импульс»
Обслуживаемое поголовье 100 200 120
Обслуживающий персонал 4 4 2—3
Производительность одного дояра при работе с двумя (тремя) аппаратами, коров/ч Масса основного оборудования, кг 22 (25) (24)
2350 3300 —
Доильный аппарат «Майга» ДА-2М М-59
Диаметр молокопровода 45 45 25
Вакуумная установка РВН-40/350 60 (2 насоса) УВУ-45/60 «Гигант»
Подача насосов при вакууме 53 кПа, 120 (2 на- оО
м3/ч Сйса)
Мощность электродвигателя вакуумного насоса, кВт Максимальный вакуум, развиваемый на- 3 4 3
90 88 66
сосом, не менее кПа Охладитель молока:
пропускная способность, л/ч 350 1000 500
температура охлаждения молока, К 276 До 276 До 278
Насос молочный: 36МЦ6-12 НМЦ-6 —
подача, л/ч 5000 6000 —
потребная мощность, кВт 0,6 1,1 —
Емкость для хранения молока (цистерна 600 (2 шт.) — 600 (4 шт.)
вместимостью), л Водонагреватель-термос ВЭТ-200 ВЭТ-400 —
Система первичной обработки унифицирована с системой уста-
новки АДМ-8 и отличается от нее лишь тем, что в УДС-ЗА применен
молочный насос СБ-43А диафрагменного типа.
Кроме станков доильных аппаратов и устройства для циркуля-
ционной промывки молочной линии и доильного оборудования, в со-
став установки УДС-ЗА входят: силовой агрегат 1, агрегат водоснаб-
жения 4 и осветительное электрооборудование 5.
Силовой агрегат состоит из ротационного вакуумного насоса
УВУ-45, бензодвигателя УДС-2С мощностью 8 кВт, водяного насоса
и генератора тока для освещения рабочих мест. Агрегат может рабо-
тать от внешней электросети с приводом от электродвигателя мощ-
ностью 4 кВт.
Агрегат водоснабжения предназначен для получения горячей
и теплой воды, необходимой для промывки оборудования и подмыва-
ния вымени коров. Он состоит из водогрейного котла вместимостью
0,1 м3 и бака для холодной воды вместимостью 0,175 м3, смонтирован-
ных на общей раме-салазках. Смешивание в любых соотношениях
горячей и холодной воды осуществляется диафрагменным насосом-
511
смесителем, работающим от
пульсатора, включенного в
вакуумную сеть. Подмыва-
ние вымени теплой водой
производится с помощью
разбрызгивателей.
Установка перевозится
на автомашине при частич-
ной разборке доильных
станков. Скорость транс-
портирования на полозьях
не более 10 км/ч.
Стационарные
доильные уста-
новки предназначены
для доения коров в спе-
циальных залах (на пло-
щадках) на молочных ком-
плексах или фермах с бес-
привязным содержанием.
На таких установках «ра-
бочим» местом, где распо-
лагается животное, являет-
ся станок, а рабочим местом
оператору служит тран-
шея. Станки могут быть
индивидуальными или
групповыми, рассчитанны-
ми на группу от 3 до 10
коров.
В зависимости от типа
и схемы расположения
станков доильные установ-
ки называются «Тандем»
(друг за другом) с инди-
видуальными (рис. 282, а)
или групповыми станками
(рис. 282, б); «Елочка» с
групповыми станками, рас-
положенными под углом
35—40° к продольной оси
установки (рис. 282, в);
установка с поперечно-па-
раллельными индивидуаль-
ными станками проходного
типа (рис. 282, г); конвейер-
но-кольцевыми типа «Ка-
русель» (рис. 282, д), с
512
групповыми последовательно заполняемыми станками, расположен-
ными под углом 120—130° к радиусу вращающейся платформы кон-
вейера.
Рис. 282. Типы станков унифицированных доильных установок:
а — «Тандем» с индивидуальными станками, с боковым входом и независимым обслужи-
ванием коров (УДТ-б); б — «Тандем» с групповыми продольными станками; в — «Елочка»
с групповыми станками и пульсирующим потоком обслуживания (УДЕ-8); г — станки про-
дольно-проходные с независимым обслуживанием (УДС-ЗЛ); д — конвейерно-кольцевая
установка «Карусель» с непрерывно-поточным впуском, обслуживанием и выпуском коров;
/ — доильное помещение; /I ~ котельная; /II — насосная; IV — моечная; V — молочная;
/ — доильный станок; 2 — входная дверца; 3 — выходная дверца; 4 — траншея для опера-
тора; 5 — бункер для концентрированных кормов; 6 — кормушка; 7 — решетка канализа-
ционная
Общей положительной особенностью доильных установок в спе-
циальных залах является глубокое разделение труда. В функции
оператора-дояра не входят другие операции (раздача корма, чистка
стойл и др.). Кроме того, наличие заглубленной траншеи исключает
необходимость работы дояра в наклонном положении. Эти преимуще-
513
ства позволяют значительно повысить производительность труда
при машинном доении и получать продукцию высокого качества.
Доильная установка УДТ-6 «Тандем» (рис. 282, а) с индивидуаль-
ными доильными станками (с боковым входом и выходом) позволяет
обслуживать каждую корову отдельно; время пребывания ее в станке
ничем не ограничено. Такая установка находит применение на пле-
менных молочных фермах, где требуется проводить индивидуальное
обслуживание животных. Технологическая линия, обеспечивающая
доение, циркуляционную промывку и транспортировку молока, состоит
из молокопровода, вакуум-провода и циркуляционного провода.
Каждый станок снабжен доильным аппаратом ДА-2М, счетчиком УЗМ-1
для индивидуального учета удоя молока и кормушкой. Кроме того,
установка имеет: кормораздатчик, систему подмывания вымени, водо-
нагреватель, шкаф для запасных частей и систему пневмопривода для
управления открытием и закрытием впускных дверей.
Для сбора и хранения молока применяют вакуумированный танк-
охладитель ТОВ-1; для охлаждения молока — фреоновую холодиль-
ную установку МХУ-8С.
- Доильная установка УДЕ-8 «Елочка» (рис. 283) с двумя группо-
выми станками, каждый из которых вмещает по восемь коров, при-
меняется на комплексах и фермах промышленного типа с хорошо
подобранным по продуктивности поголовьем. Доение коров происходит
циклично, группами с учетом расположения групп в коровнике.
Замену групп животных производят тогда, когда все коровы одной
группы будут выдоены. Станки расположены по обеим сторонам тран-
шеи (рис. 282, в). В комплекте установки 16 доильных аппаратов.
Обслуживают установку два оператора-дояра и один скотник-подгон-
щик коров.
При доении (рис. 283, а) молоко из доильного стакана аппарата 5
через счетчик молока 4 засасывается в воздухоразделитель 26. Далее
молочным насосом 27 молоко подается через фильтр 28 и пластинча-
тый охладитель 29 в емкость 23 для сбора и хранения молока.
Санитарную обработку вымени коров производят из четырех
разбрызгивателей 19, питающихся теплой водой из водонагревателя 21
через трубопровод 20. Разбрызгивателями пользуются только при
обмывании вымени.
Вакуумная система работает как во время доения, так и прн авто-
матической циркуляционной промывке установки. Она состоит из двух
вакуумных насосов УВУ-60/45 (подача 45 м3/ч) и вакуумной маги-
страли. Для уменьшения пульсаций вакуума и защиты насоса от попа-
дания в него воды и грязи между вакуумным насосом 22 и вакуумной
магистралью устанавливают вакуум-баллон 24. Для предотвращения
возможных поломок лопаток вакуумного насоса при вращении его
в обратную сторону (за счет вакуума в вакуумной магистрали и вакуум-
баллоне при остановке работы доильной установки) на вакуумной
линии перед насосом устанавливают предохранитель 25.
Во время работы установки в системе ее поддерживается постоян-
ный вакуум: в молокопроводе — 48 кПа, в вакуум-проводе — 45 кПа.
514
Рис. 283. Технологическая схема доильной установки «Елочка» УДЕ-8:
а _ доение; б — промывка: 7 — бункер с отводом; 2 — цепочно-шайбовый транспортер; 3 — поворотный ролик; 4 —
счетчик молока УЗМ-1; 5 — доильный аппарат ДА-2М; 6 — «Зажим открыт»: 7 — «Зажим закрыт»: 8 — пульсатор;
5 — промывочные наконечники; 10 — пульт управления дозаторами; 11 — пульсоусилитель; 12 — направление движения
молока или жидкости; 13 — отсос воздуха; 14 — дозатор; 15 — кормушка: 16 — вакуум-регулятор; 17 — вакуумметр;
18 — кран; 19 — разбрызгиватель: 20 — трубопровод подачи воды для подмывания вымени; 21 — водонагреватель; 22 —
вакуум-насос; 23 — емкость для сбора и хранения молока; 24 — вакуум-баллон; 25 — предохранитель; 26 — воздухоразде-
литель; 27 — молочный насос; 28 — молочный фильтр; 29 — охладитель молока; 30 — ванна; 31 — автомат промывки;
32 —водонагреватель-термос
Для обеспечения устойчивой работы установки молокопровод и вакуум-
провод объединяют в технологическую линию и прокладывают ее
по краям траншеи. Регулировку вакуумного режима производят
вакуумным регулятором и дифференциальным клапаном (см. рис. 275).
Во время доения зажим 7 (рис. 283, а) должен быть в закрытом
состоянии, а во время промывки зажим 6 (рис. 283, б) в открытом.
Промывку оборудования производят по схеме, показанной на
рис. 283, б. Промывочный раствор отсасывается из ванны 30 и через
промывочные наконечники 9 проходит через собранные доильные
аппараты, молокопроводы и попадает в воздухоразделитель 26. Далее
насос 27 перекачивает его через фильтр 28 и автомат промывки 31
в ванну 30. Одновременно из ванны 30 через пластинчатый охлади-
тель 29 промывочный раствор засасывается в воздухоразделитель,
обеспечивая промывку охладителя и верхних стенок воздухораздели-
теля.
Система полуавтоматической дозированной раздачи концентри-
рованных кормов показана на рис. 284. Она состоит из бункера 2
с отводом 3, механизма привода 1, цепочно-шайбового транспортера 9,
приемных емкостей 7 и объемных дозаторов 6, пульта управления
и оборудования пневмопривода дозаторов.
Вместимость бункера 0,6 м3. Его заполняют с помощью загруз-
чика сухих кормов марки ЗСК-10 или специальными транспортерами.
Приемные трубчатые емкости 7 дозаторов имеют смотровые щели
для определения степени заполнения их кормом.
Между бункером и трубчатыми емкостями дозаторов устанавли-
вают цепочно-шайбовый транспортер 9. Проходя через нижнюю
скошенную часть бункера, цепь транспортера захватывает комбикорм
и по трубе 0 40 мм транспортирует его в приемные емкости дозаторов.
После заполнения всех приемных емкостей комбикорм по трубе воз-
вращается в отвод 3 и ссыпается в бункер 2.
Дозированная выдача комбикормов в кормушки доильной уста-
новки производится поворотом указателя доз на пульте управления.
Посланные со стенда пневматические сигналы приводят в действие
пневмокамеру 5, которая с помощью рычажной системы 13 (рис.
284, б) заставляет дозатор выдать по одной дозе на каждый зуб ука-
зателя.
Пневмокамера 5 дозатора под действием вакуума передвинет
задвижку от вертикальной стенки 11, и в образовавшееся отверстие
по наклонному дну дозатора одна доза комбикорма ссыпается в кор-
мушку 10 (рис. 284, а). Величина дозы не регулируется. Число доз
устанавливают поворотом указателя дозатора на определенный
угол.
В унифицированном ряду доильных установок «Тандем» УДТ-6
и «Елочка» УДЕ-8 установлены системы раздачи комбикормов, имею-
, щие два пульта управления, каждый из которых производит выдачу
корма по одной линии дозаторов. Следует отметить, что на установке
«Тандем» УДТ-6 имеется шесть дозаторов, а на «Елочке» УДЕ-8 их
шестнадцать.
516
На доильной установке «Елочка» УДЕ-8 каждый из двух опера-
торов-дояров обслуживает по 4 коровы на одном групповом станке.
Ворота установки и 3 двери доильного помещения оборудованы пневмо-
приводом. Дистанционное управление воротами и дверями нахо-
дится в траншее у рабочих мест операторов-дояров.
Рис. 284. Технологическая схема (а) раздатчика сухих концентрированных кормов
и разрез дозатора (б):
1 — привод; 2 — бункер; 3 — отвод; 4 — вакуум-провод; 5 — пневмокамера; 6 — корпус
дозатора; 7 — приемная трубчатая емкость; 8 — ролик поворотный; 9 — цепочно-шайбовый
транспортер; 10 — кормушка; 11 — вертикальная стенка; 12 — лоток; 13 — рычажная си-
стема управления дозатором
Техническая характеристика доильных установок УДТ-6 и УДЕ-8
представлена в табл. 39.
9.3.5. Доильные установки конвейерного типа. Конвейерные уста-
новки бывают кольцевыми и петлевыми. Их применяют на молочных
комплексах и фермах промышленного типа. В основе работы этих
установок лежит принцип непрерывного поточного получения молока.
Каждую технологическую операцию операторы выполняют на «своих»
определенных рабочих местах. В настоящее время в крупных хозяй-
ствах рекомендуются к применению доильные установки конвейер-
517
кого типа. На рис. 282, д изображена схема конвейерно-кольцевой
установки типа «Карусель» с групповым станком на 16 коров.
Таблица 39. Техническая характеристика установок для доения в залах
Пэка атели Установка
УДТ-6 УДЕ-8
Тип установки Стационарная
с индивидуальны- с групповыми
ми проходными станками типа
станками типа «Елочка»
• «Тандем»
Обслуживаемое поголовье Обслуживающий персонал: 100—120 200—400
дояры 2 2
скотники — 1
Производительность установки, коров'ч 60 80—90
Число доильных аппаратов, шт. 6 16
Масса основного оборудования, кг 3020 3567
Необходимая площадь доильного зала, м2 72 72
Установленная мощность, кВт: 15,4 19,4
электродвигателей 6,4 10,4
электронагревателей 9,0 9,0
Доильный аппарат ДА-2М ДЛ-2М
Молокопровод — трубы стеклянные (ГОСТ 8894—58) с внутренним диа- 45 45
метром, мм Вакуум-провод с внутренним диаметром, 25 и 40 25 и 40
мм НМУ-6 НМУ-6
Молочный насос УВУ-60/45 УВУ-60/45
Вакуумная установка (1 шт.) (2 шт.)
К платформе установки примыкает коридор, разграниченный
вдоль на два прохода для коров. По одному проходу коровы поступают
на вращающуюся платформу, а по другому — уходят.
Платформа вращается равномерно; имеется возможность бессту-
пенчатой регулировки угловой скорости от 0,015 до 0,055 рад/с.
Мощность электродвигателя привода платформы 4 кВт. Платформа
оборудована решетчатым полом. Навоз проходит через решетки
и попадает в желоб, а из него специальной щеткой удаляется .в наво-
зоуборочный канал. Перед впуском коровы на вращающуюся плат-
форму ее вымя с помощью разбрызгивателя обмывают теплой водой,
после этого сдаивают первые струйки молока в отдельную посуду.
Одновременно автомат отмеривает и выдает в кормушку порциями
(от 0,3 до 3 кг) дозу комбикорма в зависимости от продуктивности
данной коровы. С этой целью оператор на пульте управления на-
страивает шнековый дозатор поворотом лимба на фиксированную
продолжительность работы. Шнек и выдает заданное количество
корма.
518
Затем вымя коровы обтирают дезинфицированным полотенцем
и надевают на соски доильные стаканы.
После окончания процесса доения стаканы снимают, а корову
выпускают в выходной коридор.
Установка оборудована системой автоматизированной дезинфек-
ции и циркуляционной промывки доильного оборудования.
Конвейерно-кольцевая доильная установка М691-40 типа «Кару-
сель» с платформой на 40 коровомест действует на молочном комплексе
«Щапово» (см. рис. 2). Наружный диаметр платформы 15 м, а внутрен-
ний — 12 м. Установка оборудована доильными аппаратами (ГДР)
«Импульс» М-59 и автоматическим устройством МА-1/2 «Физио-Матик».
В центральной пониженной части установки (траншее) размещены
четыре танка-охладителя молока вместимостью по 2500 дм3 каждый
и холодильная машина холодопроизводительностью 36 МДж. Про-
изводительность установки 200 коров за 1 ч.
Ранее (раздел 1.3.4) были приведены особенности технологии
содержания коров при конвейерном обслуживании их с применением
самопередвижных конвейеров разных типов (см. рис. 19). Доение
на конвейере с самопередвижением можно осуществлять на площадках,
расположенных в торце коровника (на закруглении конвейера) или
на прямолинейных участках.
Доение на закруглениях производят как при непрерывном ре-
жиме движения, так и с остановками (пульсирующий режим). Доение
на прямых участках производят только с остановками конвейера,
за время которых выдаивается группа из 8—10 коров.
Оборудование для доения на таком конвейере такое же, как и
на установках УДЕ-8. Обслуживают конвейер один или два оператора-
дояра. В последнем случае один дояр выполняет только подготови-
тельные операции, а второй — заключительные.
Скорость движения конвейера 0,07—0,1 м/с. При доении на за-
круглениях без остановки самопередвижиого конвейера затраты
времени на выдаивание одной коровы составляют 66—75 с, а при
доении с остановками конвейера — 130—132 с.
Конвейерно-петлевая доильная установка «Юнилактор» ULP (Шве-
ция) представляет собой замкнутую наземную узкоколейную дорогу
(см. рис. 245, е), по которой двигаются специальные, сцепленные
друг за другом платформы, образующие вытянутый петлевой конвейер
(поезд). Скорость конвейера 0,1 м/с. На конвейере модели «Юнилак-
тор» ULP имеется 35 платформ. В общем случае потребное число
платформ и доильных аппаратов определяется уровнем продуктивности
коров и интенсивностью их молокоотдачи.
Двухрежимные доильные аппараты типа «Альфа-Матик-Дуовак»
подвешены над доильной установкой и связаны с мол о ко пр оводом.
При доении аппараты перемещаются синхронно с платформами.
Установка оборудована устройствами для автоматической мойки
и дезинфекции доильного оборудования, учета удоя молока, дозиро-
ванной выдачи корма, ультрафиолетового облучения коров, под-
мывания и сушки вымени, охлаждения молока.
519
Каждая платформа покрыта решетчатым полом, под которым
укреплены навозосборные емкости. При проезде платформы над навоз-
ным колодцем емкости опорожняются, и навоз самотеком подается
в навозосборник.
Рабочий процесс протекает следующим образом. Перед дойкой
коров загоняют на движущиеся платформы. В процессе движения
каждая корова автоматически подготавливается к доению и получает
дозу ультрафиолетового облучения. При проходе платформы мимо
оператора-дояра он надевает на вымя коровы дезинфицированные
доильные стаканы, а дозатор выдает в кормушку порцию корма,
соответствующую продуктивности данной коровы. После окончания
доения оператор-дояр снимает доильные стаканы и производит тех-
ническое обслуживание установки.
Технические характеристики некоторых конвейерных доильных
установок приведены в табл. 40.
Т а б л и ц а 40. Техническая характеристика конвейерных доильных установок
Показатели Установка
М691-40 Самоподвиж- ной конвейер «Юиилактор»
Тип Конвейерно- кольцевая Конвейерг ю-петлевая
Число доильных станков или аппаратов 40 7 17
Марка доильного аппарата М-59 «.Импульс» «Волга» или ДА-2М НР-87 «Аль- фа-Матик Дуовак»
Обслуживаемое поголовье дойных коров До 1600 До 100 До 1000
Занято рабочих во время доения 5 1 2
В том числе на доильной установке 4 1 1
Пропускная способность установки по паспортным данным, коров за 1 ч 200 до 55 120
Производительность одного оператора- дояра, коров за 1 ч 40 55 60
9.3.6. Эксплуатация доильных установок. Правила работы на
доильных установках обусловлены ветеринарно-зоотехническими и
санитарно-гигиеническими требованиями, которые являются общими
для всех типов установок и изложены в соответствующих инструк-
циях и заводских руководствах.
Вопросы конкретной организации работы дояра при различном
числе аппаратов изучаются в курсе эксплуатации технологического
оборудования и здесь подробно не рассматриваются. Следует лишь
отметить, что в зависимости от организации работы и квалификации
дояров производительность последних на доении в стойлах в ведра
составляет 16—20 коров за 1 ч.
520
Нормы времени, затрачиваемого на выполнение отдельных опера-
ций, устанавливаются на основании массовых хронометражных наб-
людений в хозяйствах.
Для учебных целей можно принять, что на установке с молоко-
проводом оператор-дояр в среднем затрачивает: на подмывание вы-
мени tn = 10 с; на обтирание, массаж и сдаивание первых струек
молока t0 = 20 с; на надевание доильных стаканов ta — 10 с; на
собственно машинное доение /м = 360 с; на машинное додаивание
/д — 25 с; на снятие доильных стаканов tc = 10 с. Время на переходы
от одной коровы к другой зависит от порядка обслуживания коров,
расстояний между стойлами (1,2—1,5 м), скорости движения дояра
(0,5—1 м/с) и составляет до 25—30% от всего времени дойки. Произ-
водительность оператора-дояра на установке с молокопроводом состав-
ляет 22—25 коров за 1 ч при работе с тремя аппаратами.
При эксплуатации доильного оборудования оператор должен
обеспечить не только высокие показатели производительности доиль-
ной установки, но и способствовать повышению продуктивности жи-
вотных, ибо конечная цель организации любого производства сво-
дится к достижению максимального выхода продукции.
Выполнению этой задачи препятствует несовершенство техноло-
гии машинного доения коров и доильной аппаратуры, нередко воз-
никают заболевания животных, средн которых особое место занимают
маститы. По данным П. Т. Архангельского, И. Г. Велитока и др.,
главными причинами маститов являются нарушения правил эксплуа-
тации доильных машин и особенно длительные передержки двухтакт-
ных доильных аппаратов на вымени.
Основная причина передержек доильных стаканов — большой
разброс времени машинного доения у различных особей как резуль-
тат отсутствия подбора коров и формирования производственных
групп коров по показателям интенсивности молокоотдачи. Исследова-
ния, проведенные в этом направлении, указывают, что исключить
вредное влияние «холостого» доения при передержках можно только
путем автоматизации отключения доильного аппарата по окончании
молокоотдачи.
Сотрудниками кафедр механизации животноводческих ферм ЛСХИ
и сангигиены Ленинградского ветеринарного института разработан
автоматический отключатель механического действия (рис. 285),
в котором регулирующим сигналом служит температура внутри молоч-
ного шланга, а термочувствительным элементом — термобаллончик
с сильфоном, заполненный этиловым спиртом.
В опытах в осенний период отмечены крайние пределы температуры
в молочном шланге 311—300 К. При скорости молоковыведения от
200 мл/мин и ниже термобаллончик охлаждается на 4—5 К> и силь-
фон баллончика 9 сжимается, воздействуя на рычажно-шарнирный
механизм. При сокращении сильфона срабатывает шарнирно-рычаж-
ный механизм, закрывается клапан 11 и пульсатор 1 оказывается
отсоединенным от вакуум-провода 2. В результате этого в шланге
переменного вакуума устанавливается постоянное атмосферное дав-
521
ление, поступающее из камеры Зп пульсатора 1. Сосковая резина
плотно обжимает сосок, закрывая сфинктер и удерживая доильные
стаканы от спадания. Работа пульсатора при этом прекращается, что
служит звуковым сигналом оператору о необходимости провести
машинное додаивание или снять доильные стаканы с вымени.
Принципиальное отличие данного отключателя от многих других
состоит в том, что он производит отключение пульсатора, а не кол-
Рис. 285. Схема автоматического отключателя доильных аппаратов при передерж-
ках их на вымени коров
/ — пульсатор; 2 — вакуум-провод: 3 — пружинящая пластина: 4 — шток; 5 — пусковая
кнопка; 6' — зуб штока; 7 — рейка; 8 — главный рычаг; 9 — термобаллончик; 10 молоч-
ная камера; 11 — клапан
лектора от вакуумной системы. Это позволяет применять данный
отключатель на любом серийном доильном аппарате без изменений
конструкции его элементов. Проведенные широкие производственные
испытания показали высокую надежность отключателя в работе
и высокую эффективность в борьбе с маститами коров.
9.3.7. Технологический расчет доильных установок. Расчет преду-
сматривает определение общего числа аппаратов, необходимого для
обслуживания поголовья фермы, дает обоснование для выбора типа
и мощности доильной установки, а также показателей производитель-
ности оператора и загрузки доильной установки.
Число Лф доильных аппаратов, потребных для обслуживания
всего поголовья дойных коров на ферме, определится по формуле
Л Ф = /тгд. Kt/Tд, (397)
522
где тл к — число дойных коров на ферме;
t — среднее время доения одной коровы, мин;
Тд — общая продолжительность дойки, мин.
Продолжительность дойки всех .коров устанавливается на каж-
дой ферме распорядком дня с учетом зоотехнических требований
и местных условий. В большинстве случаев Тд = 90—135 мин.
Продолжительность доения одной коровы зависит от приучен-
ности коров ,к машинному доению, типа доильной установки и ква-
лификации оператора-дояра. Для расчетов (при учебном проектиро-
вании) можно принять при доении: в ведра t = 9—10 мин; в молоко-
провод t — 6—8 мин; при установке «Елочка» t = 6—8 мин.
Оптимальное число аппаратов Лод, с которым, может работать
один оператор-дояр без простоев, можно определить, если допустить,
что все ручные операции выполняются им за время /р, кратное вре-
мени ta полного рабочего цикла. Отсюда
/ц = Л0Д/р. (398)
Но время цикла состоит из машинного времени /маш, ручного
времени tp и машинно-ручного /м.р. Последняя величина при эксплуа-
тации доильных установок имеет малое значение, потому можно
принять, что /р = /р + t„,р и тогда /ц = /маш + tp.
С учетом этого получим расчетную формулу для определения опти-
мального числа Лод аппаратов для одного оператора-дояра
^од — (^маш (399)
Продолжительность /маш машинного доения не должна превышать
4—6 мин. Продолжительность ручных операций в среднем можно
принять равными при доении: в ведра tp = 3—4 мин; в молокопро-
вод tp = 2—3 мин; на установке «Елочка» tp = 0,8—1 мин.
Из выражения (399) следует, что ^маш + tp — A01ltp, отсюда машин-
ное время равно
^ш = ^РИод-1). (400)
Пропускная способность W доильной установки за установлен-
ное время Тд дойки всех коров определяется по формуле
Г = [7Д - tp (Лод - 1)] Лод/(/иаш + tp). (401)
Следовательно, часовая производительность ТГу-д (коров) доиль-
ной установки будет
^y., = W (402)
Производительность одного оператора-дояра Ц70Д (коров) за 1 ч
составит
^од=^у.д/Л, (403)
где Л — число операторов, обслуживающих данную установку.
Та же величина может быть получена по формуле
№од = 60//р. (404)
523
Время полного цикла обслуживания одной коровы можно пред-
ставить в виде сплошной прямой, составленной из суммы отрезков,
представляющих в определенном мас-
штабе пооперационные затраты време-
ни. Если эту прямую (рис. 286, «) от-
ложить на графике параллельно оси
абсцисс, отражающей продолжитель-
ность операций, то по оси ординат сле-
дует отложить число N* всех последова-
(а) и зависимость производи-
тельности конвейерной кольцевой доильной установки типа «Карусель» от числа п ш
доильных станков (б):
— теоретическая производительность, коров/ч; U7. — фактическая производитель-
ность, коров/ч (по Ю. А. Цою); кривые /, 4, 7; 2, 5, 8 и 3, 6, 9 — для циклов времени соответ-
ственно 8, 9 и 10 мин
тельно обслуживаемых коров одним оператором за время Тл дойки.
Из графика видно, что число NK коров, которое за это время может
обслужить оператор, составляет
^K = [(^ + U/d+1, (405)
где г — ритм (шаг) потока, равный промежутку времени между окон-
чаниями доения одной и другой коровы, выдаиваемых во времени
последовательно одна за другой.
Из выражения (405) следует, что ритм потока равен
г = (Тд-(ц)/(^-1). (406)
Это уравнение получено В. П. Похваленскнм [59] и является
основным уравнением поточного процесса доения коров.
Интенсивность, или плотность, потока П характеризуется отно-
шением времени цикла к величине ритма потока, т. е. П — t^/r.
Этот показатель дает представление о том, сколько коров выдаивает-
ся одновременно; он изменяется в пределах от единицы до бесконеч-
ности.
Так, при г = показатель плотности будет иметь минималь-
ное значение, равное 1, при котором все коровы выдаиваются после-
довательно одна за другой и могут быть обслужены всего лишь одним
524
аппаратом. Но время доения при этом получается чрезвычайно боль-
шим. При г = 0 показатель 77 равен бесконечно большой величине;
в этом случае все коровы выдаиваются одновременно за самое корот-
кое время (7\ = /), ио требуется иметь число аппаратов, равное числу
выдаиваемых коров. При доении в стойлах в ведра показатель плот-
ности 77 = 5—6, а при доении на установке типа «Елочка» 77 = 15—16,
т. е. плотность потока в последнем случае примерно в три раза выше.
Сокращение времени цикла при одном и том же числе NK закреп-
ленных коров приводит к уменьшению потребного числа аппаратов,
а сокращение величины ритма потока приводит к повышению про-
изводительности труда, или, что то же самое, к возможности закреп-
ления за дояркой большего числа коров.
Расчет теоретической пропускной способности WT конвейерной
доильной установки производят из условия безостановочной работы
платформы-конвейера и непрерывного поступления недоенных и вы-
пуска выдоенных коров.
Так, установка «Карусель» М691-40 на молочном комплексе «Ща-
пово» (на 2000 коров) при цикле Та = 9 мин имеет расчетную про-
изводительность Ц7ул = 267 коров/ч. Однако ее действительная
производительность’№д = 200 коров за 1 ч.
Такое же соотношение между WT и Wa наблюдается и на других
конвейерных доильных установках. Нарушение ритма работы про-
исходит в основном из-за задержек животных на входе и выходе с плат-
формы установки.
На рис. 286, б показан график зависимости часовой производитель-
ности конвейерной доильной установки от числа станков и циклов
времени, затрачиваемых на один оборот вращающейся платформы
доильной установки.
Из формулы (399) следует, что оптимальное число аппаратов,
с которым может работать дояр, зависит от продолжительности /маш
процесса машинного доения и продолжительности tp ручных опера-
ций. Несмотря на жесткий стереотип обслуживания молочных коров
на той или иной ферме, продолжительность идентичных технологиче-
ских операций у разных коров будет разной, т. е. варьировать в неко-
торых пределах. Продолжительность одноименных операций также
будет варьировать в определенных пределах в зависимости от конкрет-
ных форм организации труда оператора-дояра. Расчет доильных уста-
новок следует вести с учетом цикличности всего технологического
процесса обслуживания группы коров, установленных размеров
(например, 48 коров).
Л. П. Карташов разработал специальную номограмму (рис. 287),
позволяющую быстро и с достаточной точностью определять загрузку
оператора и общее время дойки стада на любой доильной установке.
При разработке номограммы использованы следующие зависимости.
1. Общее время /общ (с), затрачиваемое оператором на ручные
операции при доении одной коровы,
^общ ^осн 4“ ^веп 4~
(407)
525
где (осн — время на основные технологические операции, с;
^Всп — время на вспомогательные операции при доении одной
коровы, с;
/тр — время, затрачиваемое оператором на транспортные опе-
рации, с.
Рис. 287. Номограмма для расчета доильных установок (по Л. П. Карташову)
2. Общее время дойки Тд (с) поголовья, обслуживаемого установ-
кой,
7,д = /пп/общ = 0,5^.к^общ, (408)
где m — число животных, обслуживаемых последовательно одним
аппаратом;
п — число аппаратов, обслуживаемых одним оператором;
Л^д.к — фактическое число дойных коров в стаде.
3. Расчетное число дойных коров в стаде составляет
N^.K — mnt — zkx, (409)
где г — число операторов (доярок), необходимое для обслуживания
одного стада (А^д.к);
kx — число животных, приходящееся на одного оператора, — за-
грузка оператора [&« = тп (Ta/to6,u)].
4. Число аппаратов, обслуживаемых оператором, будет равно
= ^маш/^общ" (4Ю)
В первой четверти номограммы на оси абсцисс отложено основное
время /0С11 (мин), а на оси ординат—общее время /общ (мин), затра-
чиваемое оператором на ручные операции при доении одной коровы.
526
В первой четверти выделены две зоны. Зона А определяет воз-
можные границы основного времени при ручном выполнении всех
вспомогательных и транспортных операций, а зона В — при частич-
ной (или полной) автоматизации этих операций.
Лучи, исходящие из начала координат, показывают значения коэф-
фициентов т]и использования доильных аппаратов разных установок.
Во второй четверти графически представлена зависимость /о5щ =
= f (м), по которой, выбрав возможное время доения коровы аппара-
том (кривые), определяют число п доильных аппаратов, одновременно
обслуживаемых одним оператором. Здесь штриховкой выделена зона С,
в границах которой и следует выбирать продолжительность доения
(4—6 мин).
По прямым, представленным в третьей четверти, определяют число
животных 1гж, которое может обслужить один оператор с учетом числа
тж коров, приходящихся на один аппарат.
В четвертой четверти определяют число г операторов, которое
требуется для обслуживания всего дойного поголовья N Д , факти-
чески имеющегося в стаде (кривые).
По дополнительному графику в левом верхнем углу номограммы
определяют общее время Тл (мин) дойки по ранее найденным значениям
/общ (мин) и kK.
В связи с тем, что каждая доильная установка укомплектована
конкретным числом доильных аппаратов, полученные по номограмме
результаты необходимо проверить по выражению г — Ыд.к/кж.
9.3.8. Технологические предпосылки к автоматизации доильных
установок. Принимая реакцию нервной системы и условный рефлекс
постоянными, можно записать функцию молокоотдачи во времени
в виде уравнения
Q(O = <p[S(O], (411)
где Q (0 — интенсивность молокоотдачи,
S (0 — комплекс внешних раздражений.
Величины Q и S, так же как и параметры режима работы аппарата,
зависят от многих факторов и в статистическом смысле являются слу-
чайными. Поэтому процесс доения должен рассматриваться на основе
теории случайных функций. Для решения уравнения требуется экспе-
риментально установить пределы и скорость изменений всех величин,
входящих в него, а также количественные характеристики интенсив-
ности рефлекса молокоотдачи, сопротивление выведению молока со
стороны сфинтера соска и др.
Л. П. Карташов, разрабатывая Теоретические основы управления
процессом выведения молока из вымени при машинном доении коров,
так характеризует инженерно-биологическую систему «оператор —
машина — животное». Управляемая система, участвующая в машин-
ном доении, является самонастраивающейся, иерархической (много-
уровневой), в которой алгоритмы управления носят вероятностный
характер. Основное звено системы (подсистема) — человек (оператор);
низшие элементы системы имеют черты автономности. Схема системы
527
(рис. 288), предложенная Л. П. Карташовым, включает три подсисте-
мы — оператора, животное и машину, которые в свою очередь состоят
из элементов. Рассматриваемая система органически связана с другими
системами, применяемыми в животноводстве, и может также входить
в качестве элемента в более обширные кибернетические системы по
Рис. 288. Схема кибернетической системы «оператор — машина — животное», от-
ражающая процесс машинного доения коров:
Ч—О — человек (оператор); ДУ — доильная установка; Ж — животное; ВС — внешняя
среда; МЖ — молочная железа; ЦНС — центральная нервная система; ГС — гумораль-
ная система; ДА — доильный аппарат; ВЛ — машинное додаивание; МЛ — массаж вымени;
Вод — подмывание вымени теплой водой
управлению технологическими процессами и производством пред-
приятия в целом.
В приведенной системе имеются две биологические подсистемы
4-0 и Ж, организация и управление которых несравненно выше,
чем в подсистеме неживой природы (ДУ). Далее заметим, что здесь
две подсистемы вероятностные и одна детерминированная (доильный
аппарат), поэтому вся система остается вероятностной. Показателями
эффективности действия системы являются полнота выдаивания и
528
скорость молоковыведения (скорость доения), а также общее время
выдаивания коровы.
В общем случае на работу системы во время машинного доения
влияют следующие главные факторы: 1) внешняя среда (в том числе
э'])фект селекционной работы и подбора коров к машинному доению);
!?) управляющие воздействия, осуществляемые оператором непосред-
ственно во время доения коров (в том числе подготовительные опера-
ции, направленные на то, чтобы настроить биологическую подсистему
на выполнение ее функций); 3) работа исполнительного механизма,
непосредственно связанного с функционированием системы.
Несмотря на то, что многие показатели процесса машинного доения
до настоящего времени еще не изучены полностью, основные принципы
ы|тфективного доения (быстрое и полное выведение молока из вымени
без нанесения ущерба здоровью животного) разработаны достаточно
полно (И. А. Барышников, В. Е. Петерсен и др.).
Можно уменьшить возмущающее воздействие на систему и улуч-
шить (усилить) управляющие воздействия на биологическую (живот-
ное) и техническую (доильная машина) подсистемы.
В связи с этим возрастает роль квалификации оператора, выполня-
ющего ручные и машинно-ручные операции в условиях промышлен-
ной технологии производства молока. К сожалению, анализ массовых
наблюдений показывает, что многие операторы не имеют даже элемен-
тарных знаний об обслуживаемой ими системе, не имеют навыков рабо-
ты с механизмами и допускают грубые нарушения технологической
дисциплины. Так, по данным СибВИМа (В. С. Мкртумян, 1968), в хо-
зяйствах Сибири не производится надлежащим образом даже подго-
товка коров к доению, так как вместо одной минуты дояры проводят
все подготовительные операции в среднем за 10 с.
Данные хронометража, полученные Л. П. Карташовым в хозяй-
ствах Оренбургской области (1962—1970 гг.), свидетельствуют (рис. 289),
что операторы в большинстве случаев выполняют свою работу со зна-
чительными отклонениями от норм, обусловленных физиологическими
требованиями. На графиках штриховкой указаны зоны технологи-
ческих допусков, предусмотренных нормативами на обслуживание
коров современными доильными аппаратами.
Рассмотрим вопрос о технологической скорос-
ти доения. Известно, что современные доильные аппараты имеют
недостаточную пропускную способность.
Из анализа экспериментальных кривых молокоотдачи, представ-
ленных на рис. 290, видно, что наибольшая скорость доения наблю-
дается в промежутке от 1-й до 4-й минуты. В течение этого периода
получено 50% и более всего удоя молока. Эксперименты позволяют
сделать вывод о том, что доильный аппарат должен иметь пропускную
способность не менее 50 г/с и поддерживать ее на протяжении 60—120 с
в период наибольшей скорости молоковыделения.
Для увеличения действительной скорости доения можно наметить
два пути [см. уравнение (354)]: во-первых, стимуляция молокоотдачи,
осуществляемая самим доильным аппаратом в процессе доения; во-
18 С, В. Мельников
529
вторых, форсирование всех параметров режима в моменты наибольшей
интенсивности молокоотдачи.
По разработке различных средств стимуляции молокоотдачи боль-
шая исследовательская работа проводится в лаборатории доильных
Рис. 289. Распределение иигерЕ:а"ов времени, затрачиваемого на выполнение опера-
ций в процессе машинного доения:
а — подготовительных; б — основной (машинного доения); в — заключительных; г — ма-
шинного додаивания
машин ВИЭСХа под руководством доктора технических наук В. Ф. Ко-
ролева.
Для осуществления второго пути ученые и конструкторы разра-
батывают такой доильный аппарат, который мог бы сам избирать
необходимый режим доения, соот-
ветствующий интенсивности моло-
коотдачи животного в каждый дан-
ный момент времени.
Видный австралийский ученый
в области машинного доения
У. Г. Уиттлстоун считает, что
единственный путь существенного
воздействия на скорость доения
Рис. 290. Наиболее типичные кривые
молокоотдачи коров:
J — слабодойных, высокой продуктивно-
сти; 2 — средней тугодойности, высокой
продуктивности; 3 — тугодойных, средней
продуктивности
при помощи пульсатора — это из-
менение соотношения времени так-
тов.
Во Всероссийском научно-иссле-
довательском проектно-технологи-
ческом институте механизации и
электрификации сельского хозяйст-
ва (ВНИПТИМЭСХ) разработан аппарат с автоматическим регулирова-
нием частоты пульсаций и соотношения тактов в зависимости от моло-
коотдачи (рис. 291). Блок управления выполнен на элементах универ-
530
сальной системы промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА), кото-
рые приводятся в работу от вакуума доильной установки.
При включенном насосе вакуум подается на блок управления 9.
В начале доения при поступлении молока в датчик-счетчик 5 им вы-
дается сигнал на пневматический блок 9 и генератор прямоугольных
импульсов 7. При слабом потоке молока генератор обеспечивает мак-
симальную частоту пульсаций 2 Гц при минимальном соотношении
тактов, равном единице. Это позволяет произвести интенсивный мас-
Рис. 291. Схема автоматизированного доильного аппарата:
1 — реле; // — регулируемый дроссель; III — камера; / — вымя животного; 2 — доиль-
ный стакан; 3 и 4 — цилиндры манипулятора; 5 — датчнк-счетчнк молока; 6 — молокопро-
вод; 7 — генератор прямоугольных импульсов; 8 — пневмоклапан; 9 — пневматический блок
управления доением
саж сосков (стимулировать молокоотдачу) и способствует сокращению
латентного (скрытого) периода.
По мере увеличения молокоотдачи до максимальной величины
частота пульсаций снижается до 1 Гц, длительность такта сосания уве-
личивается, и соотношение тактов достигает 5,5. Непрерывное регули-
рование частоты пульсаций и соотношения тактов обеспечивает пнев-
матическое реле I с помощью мощного пневмоклапана 8. Реле включено
по схеме генератора прямоугольных импульсов с переменным подпо-
ром. Работа генератора основана на изменении давления в замкнутой
камере III через регулируемый дроссель II за счет перепада давления
в камерах реле I.
Со снижением интенсивности молокоотдачи до 0,8 кг/мин блок
9 включает цилиндр 4 манипулятора, который производит додаивание
18*
531
животного. Частота колебаний при оттягивании стаканов составляет
0,66 Гц. Как только молокоотдачи снизится до 0,2 кг/мин, блок управ-
ления отключает доильный аппарат, а цилиндр 3 манипулятора сни-
мает с сосков стаканы и выводит их из доильного станка.
Таким образом, в данном аппарате-автомате в течение всего про-
цесса доения каждой интенсивности молокоотдачи соответствуют
определенные частота пульсаций и соотношение тактов, иначе —
скорость молоковыведен и я примерно равна интенсивности молокоот-
дачи.
К числу достоинств рассмотренной схемы следует отнести приме-
нение пневматики, исключающей возможность поражения животного
электрическим током, что иногда наблюдается при использовании
электронных схем. В то же время следует отметить сложность аппара-
туры, что требует более квалифицированного обслуживания. Подобные
схемы, очевидно, могут найти применение лишь на крупных животно-
водческих комплексах, где высокая степень загрузки доильного обо-
рудования может компенсировать его повышенную стоимость.
Опыт автоматизации процесса доения показывает, что наиболее
«подвижным» параметром, который может быстро «следить» за измене-
ниями интенсивности молоковыведенпя, является относительная дли-
тельность такта сосания. Что касается других параметров, то при рабо-
те доильного аппарата они должны поддерживаться на выбранном уров-
не постоянными и оптимальными. Так, по мнению физиологов, опти-
мальной частотой пульсаций следует признать п = 1—1,3 с-1 (60—
80 мин-1), в процессе доения она не должна изменяться. Подмечено,
что на резкое изменение частоты пульсаций корова реагирует примерно
так же, как и на смену доярки, и требуется некоторое время для того,
чтобы она могла привыкнуть к новому ритму работы. Увеличение
частоты пульсаций на скорость доения не влияет, но при этом заметно
возрастает время на переходные процессы и быстрей изнашивается
сосковая резина. Аппараты с числом пульсаций 2с-1 (ПО—120 мин-1)
относят к быстропульсирующим.
Верхний предел вакуума ограничивается требованиями безопас-
ной работы для животного. Установлено, что при вакууме свыше
53 кПа наблюдаются раздражения кожи соска и слизистой оболочки
его канала, что при длительном воздействии вакуума приводит к вос-
палению молочной железы (мастит).
Нижний предел вакуума (44 кПа) ограничивается эксплуатацион-
ными параметрами. Так, у аппарата ДА-2М с понижением вакуума
увеличивается относительная длительность такта сжатия и сокращается
такт сосания, что приводит к уменьшению скорости доения.
Отсюда следует, что в условиях эксплуатации доильных машин
надо тщательно наблюдать и поддерживать вакуум в пределах, пре-
дусмотренных технической характеристикой доильного аппарата. Это
замечание имеет особо важное значение при эксплуатации доильных
установок, оборудованных молокопроводом и вспомогательными агре-
гатами, увеличивающими нагрузку на вакуумный насос. Зачастую
в производственных условиях происходит снижние вакуума в системе
532
из-за подсоса воздуха. Оно приводит не только к уменьшению скорости
доения, но и к увеличению частоты пульсаций, т. е. к нарушению
режима доильного аппарата. Чтобы понять взаимосвязь между этими
двумя параметрами, достаточно вспомнить, что при увеличении ка-
либрованного сечения регулируемого канала в пульсаторе частота
пульсаций повышается, так как в этом случае на выравнивание давле-
ний между управляющей камерой 4п и рабочей камерой 2п пульса-
тора требуется меньше времени. При меньшей разности давлений
в камерах на их выравнивание требуется меньше времени, что приводит
к увеличению числа пульсаций. В свою очередь возрастание частоты
пульсаций связано с увеличением расхода воздуха аппаратами, а это
вызывает еще большее понижение вакуума в системе.
Возвращаясь к вопросу о возможности моделирования процесса
машинного доения коров, еще раз отметим, что формализация динамики
процесса доения машиной сводится к составлению таких дифферен-
циальных уравнений, которые адекватно выражают интенсивность
выведения молока из вымени коровы в функции времени, т. е. описы-
вают кривую молоковыведения как установившийся стереотип Q =
= f (Л, t) при изменении различных параметров системы.
Л. П. Карташов полагает, что для этих целей может быть исполь-
зовано дифференциальное уравнение второй степени первого порядка,
коэффициенты которого характеризуют влияние на интенсивность
молокоотдачи различных факторов (технологических, конструктивных,
внешних раздражителей и т. п.). При решении такого уравнения на
ЭЦВМ путем перебора возможных сочетаний действующих факторов
можно получить «наилучшую» кривую молокоотдачи, которую сле-
дует сопоставить с экспериментальной кривой, и путем определения
численных значений найденных коэффициентов учесть влияние
неуправляемых и неучитываемых факторов, главным образом физио-
логического характера.
В этой связи большой научный интерес представляет исследование
механизма регуляции и рефлекса молокоотдачи по кривой внутривы-
менного (избыточного) давления (рис. 292), которое провел Э. А. Кэл-
пис. На кривой р = f (0 отмечены характерные фазы рефлекса: I —
рефлекторное расслабление стенок цистерн вымени (продолжительность
30 с после начала стимуляции); II — латентный (скрытый) период
после расслабления (продолжительность около 30 с), III — альвео-
лярный сброс молока, или припуск, интенсивность которого характе-
ризуется углом а наклона кривой в этой фазе (припуск продолжается
около 60 с); IV—период максимального давления внутри вымени;
V — период с удерживанием цистернального давления (на уровне,
близком к ртах ~ 7 кПа, давление удерживается в течение 240 с);
VI — период снижения цистернального давления.
В результате проведенного исследования установлено, что доиль-
ные аппараты (ДА-2, ДА-2М) имеют крайне недостаточную пропускную
способность, и средняя скорость доения ими составляет лишь 1,06 и
0,85 кг/мин. Даже в период альвеолярного сброса молока доильный
аппарат ДА-2 имел максимальную скорость доения 2,52 кг/мин, в то
533
время как при отсасывании молока теленком скорость молоковыведе-
ния достигала 3,94 кг/мин, т. е. на 56% выше, чем у доильного аппа-
рата.
Усиление стимулирующего действия доильного аппарата на реф-
лекс молокоотдачи достигается путем: применения механических
массажников; создания на тактах сжатия избыточного давления (на-
пример, как в устройстве «Физио-Матик»); применения трехтактного
режима работы аппарата (по Э. А. Кэлпису, трехтактный аппарат вы-
зывает наиболее полную молокоотдачу); стабилизации подсоскового
вакуума и удлинения такта сосания (за счет сокращения длительности
Рис. 292. Кривая изменения давления внутри вымени в процессе доения (по Э. А.
Кэлпису)
переходных процессов); использования доильных аппаратов с почет-
вертным доением; применения совмещенного режима работы доильного
аппарата (например, часть времени аппарат работает по двухтакт-
ному режиму, а часть — по трехтактному).
9.3.9. Функциональная схема автоматизации доильных операций.
Разработка технологии доения коров на автоматизированных доиль-
ных установках еще далека от своего завершения. В настоящее время
научно-исследовательские институты и конструкторские бюро ведут
интенсивные поиски в этом направлении (ВИЭСХ, ВНИИКОМЖ,
ВНИПТИМЭСХ, ВНИИМЖ, Рижское ГСКБ, Латвийская сельско-
хозяйственная академия, Оренбургский СХИ, Вологодский молочный
институт R др.). Доильные установки в условиях промышленной тех-
нологии должны отвечать двум основным требованиям.
1. Обеспечивать высокую производительность на основе автома-
тизации ручных операций. Доильный аппарат должен иметь пропуск-
ную способность от 3 кг/мин и выше; доильная установка конвейерного
типа — от 1С0 голов за 1 ч на одного оператора и выше при общей
производительности установки от 200 голов за 1 ч и выше.
2. Способствовать повышению продуктивности коров на основе
строгого стереотипа процесса доения и полного исключения вредных
534
влияний доильных аппаратов на молочную железу, приводящих кзаболе-
ванию маститом. Стереотип доения обеспечивает условнорефлекторную
подготовку молокоотдачи и полное выдаивание, поддерживая высокую
секреторную способность и сохраняя здоровье животного.
Разработка технологии машинного доения на автоматизированных
установках проводится на основе операционной технологии произ-
водства молока в целом с учетом конкретных условий и объемов самого
производства.
Документально операционная технология оформляется в видетехно-
логических карт, разработанных на основе научно обоснованной
унифицированной структуры операций всех технологических процес-
сов. В качестве примера рассмотрим структуру технологического про-
цесса машинного доения коров в стойлах со сбором молока в ведра
(табл. 41) с указанием характера операций: ручные — Р\ машинно-
ручные — МР и машинные — М.
Таблица 41. Структура операций процесса машинного доения коров
Операции
подготовительные основные заключительные
1. Поднос доильного ап- парата— Р 1. Машинное доение — М 1. Снятие доильных стака- нов — М Р
2. Подача теплой воды—Р 2. Наблюдение за рабо- той аппарата — МР 2. Отключение вакуума — МР
3. Раздача концентратов— Р 3. Наблюдение за живот- ными — Р 3. Перенос аппарата к сле- дующей корове — МР
4. Обработка вымени: под- мывание — Р массаж — Р сдаивание первых стру- ек молока — Р 4. Наблюдение за окон- чанием доения — МР 4. Слив молока во фля- гу — МР
5. Включение вакуума— Р 6. Надевание доильных стаканов — Р 5. Машинное додаива- ние — МР 5. Перенос молока в молоч- ную — Р 6. Учет удоя — Р 7. Перенос аппаратов в мо- лочную — М Р 8. Мойка аппаратуры — МР 9. Техническое обслужива- ние установки — МР 10. Укладка на хранение — Р
Название некоторых операций, таких, как машинно-ручные,
в известной степени является условным и указывает лишь на то, что
при выполнении данной операции одинаковое время заняты и машина
(аппарат) и оператор (дояр). Например, во время машинного доения
оператор наблюдает за работой машины или выполняет операции по
управлению технологическим процессом без его остановки.
Подобная классификация указывает конструктору и эксплуатацион-
нику на возможные резервы повышения производительности труда за
счет максимального сокращения ручных операций путем их механи-
535
зации и исключения случаев вынужденного простоя оборудования.
Что касается машинно-ручных операций, то их объем также должен
быть сведен к минимуму путем автоматизации операций, связанных
с настройкой, регулировкой и управлением работой механизмов,
машин и поточных линий в целом.
Полная автоматизация операций при машинном доении коров
осуществляется при доении в залах или на специальных площадках.
Применение современных автоматизированных доильных установок
УДА-6 «Тандем», УДА-8 «Елочка» и УДА-200 «Карусель» предусмат-
ривает механизацию и автоматизацию всех операций, за исключением
обтирания вымени, сдаивания первых струек молока и надевания
доильных стаканов на соски вымени.
В соответствии с планом реализации «Системы машин на 1976—
1980 годы» Рижское ГСКБ разрабатывает унифицированный ряд
автоматизированных доильных установок с унификацией узлов и дета-
лей до 80—90%. Прошли многолетнюю производственную проверку
такие автоматизированные узлы, как автомат промывки, групповой
счетчик удоя молока, блоки автоматического управления работой
молочных насосов, пульты управления дозаторами при выдаче кон-
центрированных кормов на доильной площадке пропорционально
продуктивности животных, автоматические системы управления от-
крыванием и закрыванием дверей при впуске и выпуске коровы.
Доильные установки унифицированного ряда имеют автоматизи-
рованный пункт (станок) санитарной обработки вымени с массажными
щетками, автоматизированную механическую систему — манипуля-
тор для заключительного массирования вымени при машинном додаи-
вании. При снижении скорости доения до 0,8 кг/мин манипулятор
оттягивает доильные стаканы с усилием 30—60 Н и частотой колебаний
1 Гц. Отключение и снятие доильных стаканов манипулятор произ-
водит при снижении скорости доения до 0,2 кг/мин.
На рис. 293 представлена функциональная схема к обоснованию
системы автоматизации процесса машинного доения коров, который,
кроме операций собственно доения, включает многие другие.
Открывание дверей преддоильного сектора в коровниках боксового
содержания производят с помощью программного устройства доильной
установки. Подгон животных из секторов на преддоильпые площадки
осуществляет оператор-подгонщик. Подгон коров с преддоильной
площадки в санитарные станки производят с применением электро-
подгонщика (передвижная рамка с токонесущим проводом, действует
аналогично электроизгороди).
На автоматизированной доильной! установке в санитарном станке
обеспечивается строгий стереотип стимуляции молокоотдачи. Здесь
происходит автоматическое подмывание вымени пульсирующей струей
теплой воды (320 К) сдавлением 0,15 МПа в течение 15 с. Одновременно
мокрые щетки производят массаж (обтирание) вымени, а корову под-
кармливают концентрированными кормами (0,2 кг).
В результате исследований Э. Г. Кэлписом установлено, что время
от начала стимуляции в санитарном станке до установления максималь-
536
ного цистернального давления составляет 125 с. При этом стереотип
доения на автоматизированной установке можно представить таким:
1) операции в санитарном станке — подмывание вымени пульсирую-
щей струей теплой воды (320 К) из брандспойта с давлением 0,15 МПа
Вода
Энергия
Комбикорм
Световая
сигнализация
nodgo^KcaHU1 Г
тарному станки- ~
ПреМоильная
площадка
Программное устройство запуска
______доильной установки_______
Управляющие импульсы
Световая
сигнализащ^
т впуск
Санитарный
станок
на 5 коров
1 „ 1- ^-Подгон к сани-
впуск -упорному станку
1 преддоильная
I площадка
Подгон
на преддо-
ильную пло-
щадку
(ручная
операция)
Подмывание, 15 с
Массаж, 15 с
Подкормка
Выпуск
Подгон на
преддоиль -
ную плошл-
(жу/ручная
операция)
Отвязыва
нив от кор
мушек
('ручная
операция)
Впуск группы
Фиксация
Дозирование
кормов
Доильная
установка
на Ю станков
Впуск группы
Фиксация
~ Дозирование
кормов
Коровник
привязного
содержания
сааивоние.
струек
Надевание стака -
нов ( ручные
операции)-
Доение
Додаивание при
800 г/мин
Снятие, стаканов
при 2.00 gtмин
Учет
надоя
—। 1 ।-----
Отгон в кооо
вник (ручная_
операция) выпуск
Мало ко
Сдаивание
струек______
Надевание
стаканов
(ручные опера-
ции)
Доение
Додаивание
при 800г/мин
Снятие стаканов
при 200 г/мин
Автомата
веское от-
крывание
дверей
на площад
КУ
Коровник
доксового
содержания
_£ \вник(ручна>
операция)
Выпуск
Рис. 293. Схема к обоснованию системы автоматизации технологического процесса
машинного доения коров
I
в течение 15 с; обтирание вымени мокрыми щетками (массаж) в течение
15 с; подкармливание концентратными кормами (порция 200 г на одну
корову); 2) операции в доильном станке — доение двухтактными ап-
паратами в стимулирующем режиме при избыточном давлении в меж-
стенных камерах при такте сжатия 0,03 МПа; скармливание кон-
537
центрированных кормов с учетом продуктивности коров; снятие до-
ильных стаканов с сосков вымени после машинного додаивания при
снижении молокоотдачи до 200 г/мин.
Процесс доения в доильном станке должен проводиться в стиму-
лирующем режиме. Скармливание концентрированных кормов произ-
водят с учетом продуктивности коров. Автоматизация машинного дое-
ния и додаивание обеспечиваются применением манипулятора, который
выполняет три функции: производит стимуляцию рефлекса молокоот-
дачи после альвеолярного сброса молока (вертикальными и горизон-
тальными перемещениями доильных стаканов с частотой 1 Гц); устра-
няет возможность наползания доильных стаканов на соски; сжимает
их после проведения додаивания при интенсивности молокоотдачи
0,2 кг/мин для удержания стаканов на вымени.
Кроме доильного оборудования, автоматизированные доильные
установки снабжаются счетчиками молока с сумматорами и автомати-
зированными средствами для первичной обработки и хранения молока.
Производительность автоматизированных установок за 1 ч:
УДА-6 — 60 коров, УДА-8 — S0 коров и УДА-100 — 200 коров.
Раздел 10
МАШИНЫ И АППАРАТЫ ДЛЯ ПЕРВИЧНОЙ
ОБРАБОТКИ МОЛОКА
10.1. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ МОЛОКА
10.1.1. Общие сведения. Качество молока и молочных продуктов
во многом зависит от своевременности обработки или переработки их.
Молоко представляет собой скоропортящийся продукт. Оно является
весьма благоприятной средой для развития всевозможных микроорга-
низмов.
Первичная обработка молока. В целях сохранения
молока в свежем виде в период доставки потребителям или на молочные
заводы его подвергают в хозяйствах первичной обработке. Этот
вид обработки состоит обычно из следующих технологических опера-
ций: фильтрования, охлаждения, хранения, учета, а в случае необхо-
димости пастеризации, сепарирования и нормализации молока.
В зависимости от размеров ферм, продуктивности коров и других
факторов в колхозах и совхозах устраивают различного вида молочные.
Прифермские молочные обеспечивают сбор молока со всех коровников
фермы и первичную его обработку; здесь производят учет продуктив-
ности и племенных достоинств коров и организуют дезинфекцию молоч-
ной посуды для всего хозяйства.
Переработка молока. Технологические операции по
переработке молока имеют целью изменить исходные свойства его и
538
ного качества (небольшая кислотность) хозяйства получают доплату
за это сверх установленной цены. Так, молоко с кислотностью 18° Т
и ниже предприятия молочной промышленности принимают с доплатой
20 коп. за 1 ц, а непосредственно торгующая сеть — 50 коп. за 1 ц.
При кислотности молока выше 19° Т закупочную цепу соответственно
снижают на 20—25 коп. за 1 ц. При кислотности молока свыше 2Г Т
его принимают как некондиционное, с 20%-ной скидкой закупочной
цены.
Первичная обработка и переработка молока должна происходить
при строгом соблюдении «Санитарных и ветеринарных правил для
молочных ферм колхозов и совхозов» (1970), утвержденных Главным
управлением ветеринарии Министерства сельского хозяйства СССР
и Главным санитарно-эпидемиологическим управлением Министер-
ства здравоохранения СССР.
Очистку, мойку и дезинфекцию оборудования и посуды молочной
производят тотчас после окончания работ. Моечные и отделения для
хранения чистой посуды располагают в южной части помещения,
а хранилища и холодильные отделения — в северной.
Все работники молочной должны строго соблюдать личную гигиену
и один раз в месяц проходить медицинское освидетельствование.
10.1.3. Технологические схемы производственных линий первичной
обработки молока на фермах. Технологическая схема включает режим
работы молочной — порядок, особенности и продолжительность вы-
полнения всех операций первичной обработки молока или производ-
ства молочных продуктов. Выбор конечного продукта, выдаваемого
молочной, определяется общей специализацией зоны деятельности
хозяйства (зона маслоделия, сыроделия и т. и.), состоянием здоровья
животных, сырьевыми возможностями, дорожными условиями, уда-
ленностью от мест сдачи или сбыта и т. и.
Молочные колхозов и совхозов могут производить первичную
обработку и переработку и получать готовый продукт в хозяйствах:
питьевое молоко, простоквашу, кефир, ацидофильные продукты, смета-
ну, творог, сыр, казеин, сливки и сливочное масло.
Все операции обработки и переработки молока подразделяют на
основные и вспомогательные. К основным операциям относят: биохи-
мические — закваску, брожение, сквашивание, витаминизацию, со-
зревание, химическую обработку и др.; механические—очистку,
нормализацию, гомогенизацию, эмульсирование, смешивание, прес-
сование сырной массы, сбивание масла и др.; тепловые — пастериза-
ция, подогрев и охлаждение. К вспомогательным операциям относят:
прием, взвешивание, отбор проб и качественную оценку продукта,
транспортирование в пределах молочной, мойку и стерилизацию по-
суды и жиромеров, хранение и сдачу продукта и др.
Натуральное цельное молоко. При производстве
цельного молока наилучших результатов достигают, когда в коровни-
ках создана единая поточная линия получения и обработки молока.
В этом случае поток осуществляется по следующей схеме: доение ->
-> фильтрование -> охлаждение до 280 К -> прием -> учет -> выдача.
540
В тех случаях, когда молоко поступает из нескольких коровников
во флягах, поточность его первичной обработки обеспечивает следую-
щими операциями: прием -> учет -> очистка от механических приме-
сей -> охлаждение до 280 К -> хранение выдача.
На рис. 294 показана конструктивно-технологическая схема обо-
рудования прифермской молочной линии при использовании одной из
доильных установок унифицированного ряда. Молоко из молокосбор-
ника отсасывается молочным насосом 3 и пропускается через молочный
фильтр 4 и пластинчатый охладитель 5 молока, после этого сливается
в молочный танк 6 для хранения и выдачи.
Рис. 294. Конструктивно-технологическая схема прифермской молочной линии
при использовании доильных установок унифицированного ряда:
1 — молокопровод; 2 — холодильная установка; 3 — центробежный молочный насос: 4 —
молочный фильтр; 5 — пластинчатый охладитель; 6 — молочный танк; 7 — трубопровод
для подачи воды в охладитель
Питьевое молоко. Технологический процесс переработки
натурального цельного молока в питьевое производят поточным ме-
тодом по следующей схеме: прием молока с кислотностью не выше
19° Т -> сортирование -> очистка от механических примесей -> нор-
мализация до содержания жира не менее 3,2% -э- пастеризация ->
-э- охлаждение -> разлив -> укупорка -э- выдача.
В зависимости от физико-химических и микробиологических пока-
зателей молоко при приеме его на молочные заводы подразделяют по
ГОСТу 13264—70 на два сорта и несортовое.
Несортовое и молоко II сорта с кислотностью выше 19° Т направ-
ляется на переработку в творог и другие кисломолочные продукты.
Молоко, поступающее в торговую сеть согласно ГОСТу 13267—67
разделяется : на цельное, нормализованное, восстановленное и вита-
минизированное— жирностью 3,2%, а также повышенной жирности
и топленое — жирностью 6%, белковое — жирностью 2,5%. Плотность
молока должна быть не ниже 1,027 г/см3.
Очистка молока. Первой операцией в линии первичной
обработки молока является очистка его от механических примесей
(подстилка, частицы корма, волос и т. д.), которая производится про-
пусканием свежевыдоенного молока через фильтр (ватный, лавсановый)
или обработкой на центробежных молокоочистителях с предвари-
тельным подогревом (ранее охлажденного) молока до 310—330 К.
При работе молокоочистителя в его грязевом пространстве накапли-
541
вается грязь (сепараторная слизь), которую периодически удаляют.
Время непрерывной работы молокоочистителя составляет 2—3 ч.
Фильтры для молока делят на открытые и закрытые. В открытых
фильтрах молоко проходит фильтрующую перегородку только под
действием гидростатического давления столба жидкости. В закрытых
фильтрах оно проходит через ткань под давлением 0,1—0,2 МПа,
создаваемым насосом.
Нормализация молока. Все молоко, поступающее в тор-
говую сеть с городских молочных заводов, нормализуется по содер-
жанию жира согласно ГОСТу 13267—67.
Нормализацию молока производят одним из следующих способов:
смешиванием молока с повышенным содержанием жира с маложирным
молоком; добавлением к жирному молоку (жирностью выше 3,2%)
обезжиренного молока или обрата; сепарированием жирного молока,
т. е. отбором части сливок со снижением жирности молока до стан-
дартной; добавлением к маложирному молоку сливок.
На фермах обычно применяют нормализацию путем сепарирования
или добавлением сливок.
Количество Ксл сливок, которое нужно отобрать от партии жир-
ного молока массой Мх, можно определить по формуле
Ксл = Мж(Жн-3,2)/(Жся-3,2), (412)
где Мч и Жсл — жирность молока и сливок соответственно, %.
Количество Кс, сливок, которое следует добавить к маложирному
молоку массой Л1ЫЖ, определяют по формуле
/<сл = мк, ж (3,2 - Жм)/(^<сл - 3,2). (413)
При этом масса Лф, нормализованного молока будет равна: при
сепарировании 7ИН = Л4Ж — /<сл; при добавлении сливок = 7ИМ.Ж +
+ Кел-
10.2. ОХЛАДИТЕЛИ МОЛОКА
10.2.1. Типы охладителей молока, их устройство и работа. Охлаж-
дение свежевыдоенного молока осуществляется в поточных техноло-
гических линиях на аппаратах, называемых охладителями.
Существующие конструкции охладителей могут эксплуатироваться
отдельно или входить в состав комбинированных охладительно-пасте-
ризационных или очистительно-охладительных установок.
Классификация охладителей. Современные охла-
дители можно классифицировать по следующим основным признакам.
1. По характеру соприкосновения с окружающим воздухом — от-
крытые оросительные и закрытые проточные.
2. По профилю рабочей поверхности — трубчатые и пластинчатые.
3. По числу секций — одно- и многосекционные.
4. По конструкции — одно- и многорядные (пакетные).
5. По форме — плоские и круглые.
542
6. По воздействиям, вызывающим продвижение продукта,___под
напором и с использованием вакуума или собственной массы про-
дукта.
7. По относительному направлению движения теплообмениваю-
щихся сред — прямоточные и противоточные, с параллельным и пе-
рекрестным движением сред.
Закрытые проточные охладители с противоточным направлением
молока и теплоносителя получили наибольшее распространение в мо-
лочных совхозов и колхозов. Такие охладители выпускают с подачей
от 1000 до 10 000 кг/ч молока. Они могут быть одно- и двухсекцион-
ными.
Пластинчатый охладитель молока ООУ-М.
На крупных молочных фермах применяют автоматизированные плас-
тинчатые охладительные установки, выпускаемые для предприятий
молочной промышленности. Они состоят из двух теплообменных сек-
ций. В первой молоко предварительно охлаждается холодной водой,
а во второй — циркулирующим рассолом.
В автоматизированную установку ООУ-М входят: пластинчатый
охладитель, состоящий из секции водяного охлаждения и секции рас-
сольного охлаждения, молокоотводящий патрубок с термометром,
обвязка с клапаном, имеющим исполнительный механизм, и шкаф
управления.
В автоматизированных охладительных установках предусмотрена
световая и звуковая сигнализация. Установки могут работать как с ав-
томатическим, так и ручным управлением.
Молоко насосом подается в секцию водяного охлаждения, где оно
охлаждается до температуры 236 К, далее оно проходит рассольную
секцию, где температура снижается до 276 К- Охлажденное молоко
поступает в резервуар для хранения.
На выходе молока из охладителя установлен термометр сопротив-
ления, соединенный с электрической схемой шкафа управления. Тем-
пература молока записывается на ленте измерительного прибора
(электронного моста) шкафа управления в виде непрерывной кри-
вой.
В случае отклонения температуры охлажденного молока от заданной
более чем на 2 град электронный мост вырабатывает управляющий
сигнал, подаваемый на исполнительный механизм рассольного кла-
пана. Исполнительный механизм в зависимости от знака отклонения
температуры открывает или закрывает рассольный клапан, регулируя
поступление рассола в рассольную секцию. При автоматическом режи-
ме рассол можно применять с температурой 268 К.
Танк-охладитель молока ТОМ-2Л. Его применяют
в комплексе с доильными установками, обслуживающими стадо до
400 коров. Он состоит из молочной ванны 9 (рис. 295) с мешалкой 8,
фреонового компрессора 1 марки ФУН-8, конденсатора 2, ресивера 3,
фильтра-осушителя 4, теплообменника 5, испарителя 6, водяного на-
соса 7, аккумулятора холода.
543
За 3—4 ч до начала дойки включают компрессор и производят пред-
варительное охлаждение воды в аккумуляторе холода и наморажива-
ние льда на панелях испарителя. Молоко в ванну подают диафрагмен-
ным насосом. Перед началом подачи молока включают мешалку и во-
дяной насос. Установка оборудована приборами автоматического
и ручного управления.
Рабочая вместимость молочной ванны 1800 л. Вместимость аккуму-
лятора холода 1275 л. Холодопроизводительность холодильного
Рис. 295. Конструктивно-технологическая схема танка-охладителя ТОМ-2А мо-
лока
агрегата 48 МДж. Общая установленная мощность электродвигате-
лей 7,44 кВт.
10.2.2. Расчет охладителей молока. При выборе и расчете охла-
дителей исходными данными являются производительность и темпера-
турный режим технологического процесса охлаждения молока. Теп-
ловой поток Q (Вт), уходящий от жидкого продукта (молока, сливок,
обрата) с теплоносителем, определяется по формуле
Q = MnCn(7’u.n-TK.n), (414)
где М„ — массовый расход жидкого продукта, кг/с;
сп — удельная теплоемкость продукта, Дж/(кг-К);
7/, п и Тк п — начальная и конечная температуры продукта, К.
Теплоноситель непрерывно подается насосом в охладитель. Его
требуется подавать в зависимости от температурного режима охлади-
544
теля в несколько раз больше, чем охлаждаемого продукта. Отношение
количества затраченного теплоносителя к количеству охлажденного
Рис. 296. Температурный график про-
тивоточного охладителя молока:
а — односекциопного; б — двухсекцион-
ного
продукта, называют коэффи-
циентом кратности рас-
хода теплоносителя.
Практикой установлено, что значе-
ние этого коэффициента для водя-
ных секций находится в пределах
от 2,5 до 3, а для рассольных —
от 1,5 до 2,5.
Расчеты двухсекционных охла-
дителей принципиально ничем не
отличаются от расчетов односек-
ционных аппаратов. Ведь каждый
двухсекционный аппарат (круглый
или плоский) можно представить
как два односекционных, работаю-
щих последовательно, как это сле-
дует из их температурных графи-
ков, показанных на рис. 296.
Если пренебречь незначитель-
ными потерями теплоты в окружаю-
щую среду, то для случая двухсекционного пластинчатого охладителя
тепловой баланс процесса для водяной секции будет
Q„ = М„сп (^н. .1 - То) = пвМасв (ТК' в - Т„. в) (415)
и для рассольной секции
Qp = Мпс„ (То - Т, п) = ПрСрЛТ „ (Тк. р - Гн. р), (416)
где Q = Q„ + On — теплота, отнимаемая водой и рассолом, Вт;
То — Твв + АГ — температура продукта в конце водяной
секции (обычно АТ = 3—5 К);
пв и лр — коэффициенты кратности расхода воды
и рассола;
Тн в, Тк в, Т,р, Тк р — начальная и конечная температура воды
и рассола, К.
Из условия неразрывности потока находят число m параллельных
каналов в пакете охладителя
m — Mn/(\03vnbii), (417)
где z?n — скорость движения молока по каналам охладителя (vn =
— 0,25 м/с);
b — ширина канала, м;
п — толщина зазора между рабочими поверхностями в пакете, м.
Площади рабочих поверхностей водяной 5В и рассольной Sp секций
охладителя находят из уравнения Ньютона—Фурье
SB = QB/(/<ATcp), Sp = Qp/(/<ATcp), (418)
545
где К — общий коэффициент теплопередачи {К = I /[(1/aj) + (1 /а2) ф-
+ (6/Х)1, Вт/(м2-К). Здесь и а2 — коэффициенты теплоотдачи от
продукта к стенке пластины и от стенки пластины к воде (рассолу),
Вт/(м3-К); К — коэффициент теплопроводности материала пластины,
Вт/(м-К); 6 — толщина пластины, м}
Средняя логарифмическая разность температур АТср определяется
по уравнению Грасгофа
ЛТер = (АГт;1Х - АГтП1)/[2,3 1g (АГга!Х/ЛГга.п)], (419)
где АТтах — разность температур между молоком и охлаждающей
жидкостью на входе молока в данную секцию охладителя;
ATmin — разность температур между молоком и охлаждающей
жидкостью на выходе молока из данной секции охлади-
теля.
Коэффициенты теплоотдачи а определяют из следующих формул:
al = NuKj(2h), a2 = NuV(2/i),
где Nu — критерий Нуссельта;
— коэффициент теплопроводности воды, Вт/(м - К).
Критерий Нуссельта определяется по формуле
Nu = 0,1 Re0,7 Рг^’1 (Ргж/Ргстр=\ (420)
где Re — критерий Рейнольдса;
Ргж, Ргст — критерий Прандтля соответственно для жидкости
и стенки.
С учетом поправки на направление теплового потока (по М. А. Д1и-
хееву): при нагревании (Ргж/РгС1.)0’25 = 1 ,С5; при охлаждении
(Ргж/Рг„)°-35 = 0,95.
Число пластин в секции можно определить по формуле гпл = 5//пл,
где /пл — площадь рабочей поверхности одной пластины.
10.3. ПАСТЕРИЗАТОРЫ
10.3.1. Классификация пастеризаторов молока, их устройство и
работа. В целях уничтожения находящихся в молоке бактерий его
подвергают пастеризации. Этот процесс назван по имени выдающегося
французского ученого — основателя микробиологии Луи Пастера.
Аппараты, в которых ведут этот процесс, называют пастеризаторами.
Аппараты этой группы разделяют: по способу тепловой обработки
молока — на термические и холодные; по источнику использования
энергии — паровые, электрические с омическим или индукционным на-
гревом, инфракрасной радиации, ультрафиолетовые облучатели и вы-
сокочастотные вибраторы; по характеру выполнения процесса —
аппараты непрерывного и периодического действия.
Наиболее распространенными режимами термической пастеризации
молока являются: длительная, кратковременная и мгновенная,
516
Длительную пастеризацию производят в двухстенных ваннах
(ВДП), оборудованных мешалками. При температуре нагрева мо-
лока в интервале от 336 до 338 К его выдерживают в течение 30
МИИ.
Кратковременную тонкослойную пастеризацию осуществляют на
автоматизированных пластинчатых пастеризационно-охладительных
установках (ОПУ) с 20-секундной выдержкой молока, нагретого до
температуры 349 ± 2 К.
Мгновенную тонкослойную пастеризацию ведут в пастеризаторах
с вытеснительными барабанами при нагревании молока до 358—360 К
без дальнейшей его выдержки.
Ультрафиолетовые облучатели состоят из труб нержавеющей стали,
в которые вставлены с небольшим кольцевым зазором цилиндрические
кварцевые лампы. Обеззараживание молока происходит во время его
движения тонким слоем в кольцевом зазоре под воздействием ультра-
фиолетовых лучей, испускаемых лампой.
10.3.2. Основы теории и расчет пастеризаторов. Пастеризация
молока является обязательной операцией в технологии производства
большинства молочных продуктов.
Теоретические основы пастеризации молока
разработал советский ученый проф. Г. А. Кук. Его теоретические ис-
следования в этой области позволили создать теорию пастеризации,
которая в практике обеспечила возможность конструирования наибо-
лее совершенных и эффективных пастеризаторов.
Граничные температурные параметры процесса пастеризации опре-
деляют двумя уравнениями.
Предельные значения наиболее высокой температуры и продолжи-
тельности процесса, связанные с началом качественного изменения
молока, находят из уравнения
In /тах = 40,76 - 0,53 (Ттах - 273),
где /тах — продолжительность пастеризации, с;
Ттах — максимально допустимая температура, при которой еще
не происходит изменения физико-химических свойств
молока, К.
Предельные значения самых низких температур Tniin и наименьшей
продолжительности /тщ процесса, определяемые из условий полной
гибели туберкулезных палочек, выражают формулой In /min — 33,54 —
-0,44 (Tnlin - 273).
Между этими двумя граничными линиями лежит зона процесса
тепловой пастеризации продуктов. Ее можно описать формулой
1п/ = о —6(ТК —273), (421)
где а и b — константы данного продукта (для молока а — 36,84 и
b = 0,48);
Тк — температура пастеризации, К.
547
Время воздействия высокой температуры, как установил проф.
Г. А. Кук, можно связать с суммарным эффектом пастеризации, кото-
рый он назвал критерием Пастера,
Ра = $ (422)
где Ра — безразмерный критерий Пастера (Ра = 1, если tn = /пр); -
/пр — фактическое время проведения пастеризации, с;
tn — потребное время выдержки для полного завершения пасте-
ризации продукта, с.
Расход П пара на пастеризацию (нагрев) продукта определяют по
формуле
/7 = Мпса (Тк - TH)/[(in - tK) т]п], (423)
где Ма — масса продукта (молока), кг;
сп — удельная теплоемкость молока, кДж/(кг-К);
Тк — конечная температура продукта, примерно равная темпера-
туре греющего пара, К;
Тн — начальная температура продукта, К;
in — энтальпия пара, Дж/кг;
tK — энтальпия конденсата, Дж/кг;
— тепловой КПД пастеризатора.
Из схем технологических процессов известно, что после пастериза-
ции (нагрева) молока следует операция охлаждения. Если горячий
продукт охлаждать поступающим на обработку холодным продуктом,
то можно значительно сократить общий расход тепла и холода. Процесс
возвращения тепла от нагретого продукта холодному называют реге-
нерацией тепла. Отношение возвращенного количества тепла к общему
затраченному на пастеризацию (нагрев) продукта называют коэф-
фициентом регенерациии определяют по формуле
_ Мпс„ (Тр—т„) _ тр—та
Маса(Тк-Та) Тк-Та’
где Тр — температура регенерации, К-
Рабочую площадь поверхности пастеризатора находят из известного
уже уравнения (418) Ньютона—Фурье.
Возможную высоту На подъема продукта пастеризатором с вытес-
нительным барабаном находят по формуле
//n = [^/(2g)]- £h, (425)
где v.. — скорость продукта в напорном патрубке пастеризатора, рав-
ная окружной скорости лопасти барабана, м/с;
S/i — суммарные потери напора в напорном молоко пр оводе, м.
Определение потребной мощности А6 на вращение вытеснительного
барабана пастеризатора производят по формуле
Аб = ФрУсрЗтр/(1000г]м8£), (426)
где <р — постоянный коэффициент (<р — 0,02);
р — плотность молока, кг/м3;
548
иср — средняя скорость барабана, м/с [уср — л (Dr + D2) ю/4,
где Dr и D2 — диаметр резервуара в верхней и нижней
части];
Sip — площадь поверхности трения, м2.
Мощность Nn, затрачиваемую на подъем продукта, определяют по
формуле
M„ = QU77I!/1OOO, (427)
где Q„ — массовая подача жидкого продукта, кг/с;
Нп — полная высота подъема продукта, м.
Рассмотрим для примера технологический расчет
комбинированного пластинчатого аппарата уста-
Рис. 297. Температурный график установки ОПУ-ЗМТ:
I—V — секции пастеризатора
новки ОПУ-ЗМТ. Тепловой и гидравлический расчеты проводятся
раздельно для каждой секции на основе предварительно разработан-
ного температурного графика (рис. 297). Методика расчета для каждой
секции одинакова и отличается лишь температурными параметрами.
Для секции пастеризации она включает следующие расчеты.
Вначале определяют среднюю логарифмическую разность темпера-
тур по уравнению Грасгофа [формула (419)1. Для этого предварительно
находят наибольшую АТтах и наименьшую ATmin разности температур
в секции пастеризации (рис. 297): АТтах = Д'ор.в — Т2; ATmin =
~ Тгор.в Т3.
Тепловая нагрузка (расход теплоты) составит
<2П = Ммсм(Т3-Т2),
где см — удельная теплоемкость молока, Дж/(кг-К).
Определяют среднюю температуру [ ^Рр в = (?'гор + 7?ор)/2; • Тср =
= Т’гор.в —АТср]» критерий Прандтля, кинематическую вязкость
549
v (м2/с) молока и воды и коэффициент теплопроводности К (Вт/м*К)
воды и материала пластины.
Значения характеристик, необходимых для тепловых расчетов
(критерий Прандтля, кинематическая вязкость и коэффициент тепло-
проводности), определяются по специальным таблицам [53].
Находят число т параллельных каналов в пакете секции из условия
неразрывности потока; при этом скорость движения молока по
каналам принимается равной (из опыта) 0,25 м/с.
т = Afn/(103L>MWi). (428)
Определяют критерий Рейнольдса для потока горячей воды ReroB
и потока молока Rew:
R erop = 2/wB/vB, R ем = 2/ioM/vM,
где vB и vM — кинематическая вязкость воды и молока, м2/с.
Вычисляют критерий Нуссельта Nu по формуле (420) и коэффициенты
теплоотдачи и а2:
a1 = NuXB/(2/i); а2 = NuKc.,/(2/i), (429)
где aj — коэффициент теплоотдачи от горячей воды к стенке, Вт/(м2 - К);
а2 — коэффициент теплоотдачи от стенки к молоку, Вт/(м2 - К).
Общий коэффициент Д' теплопередачи будет равен
К = 1 /[(1/«1) + (ММ + (1/М1- (430)
С учетом ухудшения условий теплопередачи из-за слоя пригара на
пластинах полученный коэффициент К умножают на поправочный
коэффициент 0,75 [53].
Рабочую площадь поверхности нагрева секции пастеризации
вычисляют по известному уже уравнению Ньютона—Фурье.
Число гпл пластин в секции определяют из условия z[tJ1 = Fpil/fa,
где Fnjl — общая площадь поверхности нагрева секции, м2; /п — пло-
щадь рабочей поверхности одной пластины, м2.
Число пакетов в секции можно найти из следующей зависимости
гп = zn,/(2 т), где т— число каналов.
Гидравлический расчет производят с целью определения потерь
напора //„ в секциях
Спакам/(2g), (431)
где £„8К —- сопротивление одного пакета.
Сопротивление одного пакета определяют по формуле
tnaK = 82C0Re °’55. (432)
10.4. МОЛОЧНЫЕ СЕПАРАТОРЫ
10.4.1. Типы сепараторов, их устройство и работа. Использование
центробежной силы в определенных условиях обеспечивает возмож-
ность быстрого получения сливок, очистки молока от посторонних
550
механических примесей и нормализации его по жирности. Эти операции
производят на машинах, называемых сепараторами.
Молочные сепараторы разделяются на сливкоотделители, очисти-
тели, нормализаторы и универсальные. По конструктивным особен-
ностям они могут быть открытыми, полузакрытыми и герметическими.
Конструкция открытых сепараторов наиболее простая. В них по-
ступление молока и отвод продуктов сепарирования происходит в со-
прикосновении с окружающим воздухом. В процессе сепарирования
отводимый продукт захватывает воздух и образует молочную пену,
ухудшающую условия эксплуатации открытых сепараторов. Обычно
такие сепараторы выпускают на подачи до 0,3 кг/с.
Подача молока в полузакрытых сепараторах осуществляется
открытым потоком, с доступом воздуха, а отвод продуктов — закры-
тым способом, под давлением, создаваемым барабаном сепаратора.
Подача таких сепараторов 0,5—1,0 кг/с.
В герметических сепараторах подача молока и отвод продуктов
происходит под давлением без доступа воздуха. Такие сепараторы при-
меняют в замкнутой системе охладительно-пастеризационных устано-
вок и на крупных предприятиях молочной промышленности; их подача
свыше 1 кг/с.
10.4.2. Основы теории и расчет молочного сепаратора. Существен-
ный вклад в развитие теории сепарирования внес проф. Г. И. Бремер
[32]. Используем некоторые данные этой теории для уяснения сущ-
ности процесса сепарирования молока. Для этого рассмотрим схему
движения молока в межтарелочном пространстве барабана (рис. 298, а).
Разделяемый поток молока, состоящий из частиц плазмы плот-
ностью рп и жировых шариков плотностью рж, направляется во вра-
щающийся барабан сепаратора (или центрифуги), где возникает поле
действия центробежных сил, в котором и происходит так называемое
отстойное центрифугирование. При этом на каждую взвешенную части-
цу (жировой шарик) действует центробежная сила /ц, отбрасывающая
частицу от центра к периферии со скоростью пс, равной скорости осаж-
дения (отстоя).
Для оценки эффективности осаждения в центробежных устройствах
сравним силу = rn^PR с силой тяжести Р = mg, действующей при
естественном отстое в поле гравитации. Найдем, что Ja/P = aPRlg.
Отсюда
J^ — PaPR/g^FP. (433)
Из полученного выражения следует, что центробежная сила больше
силы тяжести в F раз, т. е. aPRIg = F. Выражение представляет собой
отношение центростремительного ускорения к ускорению свободного
падения и может служить характеристикой режимов движения во
многих механических процессах. Проф. М. Н. Летошнев назвал его
показателем кинематического режима. При
исследовании рабочего процесса молочного сепаратора проф. Г. И. Бре-
мер это отношение назвал фактором разделения, так как
оно показывает, во сколько раз действие центробежной силы эффектив-
551
ней действия силы тяжести. Чем больше фактор разделения, тем выше
разделяющая способность сепаратора.
Если угловую скорость со (рад/с) выразить через частоту вращения
п (с *) и принять, что л2 ~ g, то выражение для фактора F разделения
будет иметь вид
F = 4/г2/?. (434)
Из формулы (434) следует, что повысить эффективность сепарации
можно увеличением п и R. Но так как частота вращения входит в вы-
Рис. 298. Движение молока в межта-
релочном пространстве барабана сепа-
ратора:
a — выделение жирового шарика: б — то-
ки обрата и сливок; в — план скоростей
ражение (433) в квадрате, то выгодней увеличивать частоту вращения
барабана при небольшом его диаметре.
Молоко с находящимися в нем жировыми шариками поступает
в межтарелочное пространство сепаратора по вертикальным каналам
пакета тарелок (рис. 298, б). Здесь жировые шарики участвуют в слож-
ном движении — переносном вместе с потоком молока со скоростью и„
и под действием центростремительного ускорения в относительном
движении со скоростью vc (скорость «всплывания» шарика).
Скорость^ потока молока в межтарелочном пространстве (рис. 298, а)
уп = Vz/(2n/?/z), (435)
552
где Vt — объемный расход, или производительность, сепаратора, мя/с;
I — расстояние между соседними тарелками по горизонтали, м;
г — число межтарелочных пространств в барабане.
При ламинарном режиме движения скорость ус осаждения опреде-
лится по формуле Стокса с учетом фактора разделения
Ус - [d2g (Рп - рж)/( 18Пп)] (®2R/g) = (р„ - рж)/(18Л11), (436)
где d — диаметр жирового шарика, м;
т)п — динамическая вязкость плазмы, как дисперсионной среды,
Па -с.
В процессе центробежного осаждения значения F и vc изменяются,
так как они зависят от радиуса R, т. е. расстояния от оси вращения
до рассматриваемой частицы. Радиус вращения частицы изменяется
от RM до R6.
Исследованиями установлено, что в диапазоне температур от 283
до 343 К физические свойства плазмы и молочного жира связаны зави-
симостью
(рп-Рж)Л1п = 2900(Г-273),
где Т — температура молока, К.
С учетом последней зависимости определяют скорость «всплывания»
шариков по формуле
цс= 161d2®2R (Г-273). (437)
Абсолютная скорость жирового шарика vlu равна геометрической
сумме переносной и относительной скоростей: йщ = vn + vc.
Как следует из анализа формул (435) и (437), при продвижении
жирового шарика в межтарелочном пространстве относительная ско-
рость будет возрастать, так как увеличивается R, а переносная ско-
рость потока молока будет уменьшаться, так как с увеличением R воз-
растает сечение потока. Это приводит к изменению величины и направ-
ления абсолютной скорости уш шарика. В результате этого жировые
шарики осаждаются на верхних поверхностях тарелок и непрерывно
двигаются к оси вращения барабана.
На рис. 298, б схематично показаны потоки сливок и обрата (плаз-
мы) в межтарелочном пространстве барабана. Очевидно, что чем мельче
будет жировой шарик, тем ближе он опустится к периферии тарелки.
Часть самых мелких жировых шариков может не успеть опуститься
на тарелку, и тогда они будут вынесены с потоком обрата. Сепаратор
имеет устройство, позволяющее настраивать его на такой режим
работы (в известных пределах), что потери жировых шариков будут
сведены к минимуму. Такая регулировка называется настройкой сепа-
ратора на «остроту разделения».
Рассмотрим предельное положение жирового шарика (рис. 298, в),
который при данном режиме сепаратора достигнет сливочного потока
на краю нижележащей тарелки. Положим, что средняя переносная
скорость будет (м/с), а относительная — ус (м/с) и время движения
в межтарелочном пространстве — t (с). Нанесем на чертеж в выбран-
553
ном масштабе пути шарика в переносном (vnf) и относительном (vj)
движениях. Длина пути потока равна рабочей длине образующей
усеченного конуса тарелки. Высоту тарелки обозначим ТУ, а расстояние
между тарелками по высоте — через h. Проекцию пути шарика в пере-
носном движении на горизонтальную ось обозначим цД. Вследствие
того, что ДАВС /Ь.аВс и vx = ц, cos а, мы можем написать следую-
щую пропорцию: vx/vz = va cos ct/ц. — H/h.
С учетом значений vn по формуле (435) и vc по формуле (436) получим
У.г/Уе = [V/ cosa/(2nR/z)]/[d2<o2/? (р„ — рж)/( 18т],,)]. (438)
Для определения подачи сепаратора рассмотрим (по В. Н. Стабни-
кову и В. И. Баранцеву) элементарный кольцевой объем dV сепарирую-
щей части барабана, ограниченной толщиной кольца dR.
При этом
dV = 2nhzRdR, (439)
где h — расстояние между тарелками по вертикали, м.
Время пребывания молока в это.м объеме V составит d/ = dV/V =
= 2nhzRdR/V.
За это время находящийся в молоке жировой шарик, двигаясь со
скоростью осаждения vc, переместится в направлении к оси вращения
на расстояние
dl = v. dt = [2ahzdW (рп - рж) R2 dR/( 18 Vr]n)J- (440)
За время прохождения полного рабочего объема барабана, ограни-
ченного радиусами RM и R6 (рис. 298, а), жировой шарик должен успеть
переместиться в потоке на расстояние I.
Интегрируя выражение (440) в пределах от 0 до / и от Ra до R6,
получим
I = [2nhzdW (р„ - рж)/( 18УП„)] [($-ВД. (441)
После подстановки в это выражение значения I = Л/tg а и упроще-
ния получим формулу для расчета производительности Vt (м3/с) сепа-
ратора
Vt = dWz tg a (R£ — Raj (p„ — рж) T]c/(8,6i]n), (442)
где Лс — КПД сепаратора (iqc = 0,5—0,7).
УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Андреев ГТ. В. Техническое обслуживание машин и оборудования животно-
водческих ферм. Л., 1977.
2. Б а з е н к о в В. Ф. и др. Практикум по механизации животноводческих ферм.
Л„ 1965.
3. Б е л я н ч и к о в Н. Н. С м и р и о в А. И. Механизация животноводства. М„
1977.
4. Г а л к и н А. Ф. Основы проектирования животноводческих ферм. М., 1975.
5. Горячкин В. П. Собр. соч. 51., 1965, т. 3.
6. Г у с ь к о в К. П. и др. Реология пищевых масс. М., 1970. , (
7. Животноводческие комплексы РСФСР. Альбом. М., 1972.
8. Искандарян М. И. Механизация животноводческих ферм. Нормативы и
справочные материалы. 51., 1971. >
9. Коба В. Г. Машины для раздачи корме®. Саратов, 1974.
10. К у Д р я в ц е в И. Ф. и др. Автоматизация производственных процессов на
фермах. М., 1976.
И. Кормоприготовительные цехи на фермах. Под ред. В. А. Голи-
кова. Алма-Ата, 1975.
12. Л о б а н о в с к и й Г. А. Кормоцехи на фермах. М., 1971.
13. М а к а р о в Ю. И. Аппараты для смешивания сыпучих материалов. М„ 1973.
14. М е л ь н и к о в С. В. и др. Механизация животноводческих ферм. М., 1969. |/
15. Мельников С. В. Механизация животноводческих ферм. Методические
указания по курсовому проектированию. М., 1976. у
16. М е л ь н и к о в С. В. и др. Планирование эксперимента в исследованиях
сельскохозяйственных процессов. Л., 1972. J
17. Морозов Н. М. Эффективность комплексной механизации животноводческих
ферм. М., 1972.
18. М у р у с и д з е Д. Н. и др. Оборудование для создания микроклимата на
фермах. М., 1972.
19. О с о б о в В. И. и др. Машины и оборудование для уплотнения сено-соломи-
стых материалов. М., 1974.
20. П е л е е в А. И. Технологическое оборудование предприятий мясной промыш-
ленности. М., 1971.
21. Резник Н.Е. Теория резания лезвием и основы расчета режущих аппара-
тов. М., 1975.
22. р о г о в И. А., Г о р б а т о в А. В. Физические методы обработки пищевых
продуктов. М., 1974.
23. Рунов Б. А. Электромеханизация животноводческих ферм США. М., 1966.
24. Система машин для комплексной механизации сельскохозяйственного
производства на 1976—1980 годы. 51., 1976.
25. Славин Р. М. Научные основы автоматизации производства в животно-
водстве и птицеводстве. М., 1974.
26. Соколов А. Я. Технологическое оборудование предприятий по хранению
и переработке зерна. М., 1967.
27. Справочник механизатора-животновода/ Сост. И. Н. Бацанов. 51., 1974.
28. Т к а ч В. Д. и др. Животноводческие машины. 51., 1975.
29*. Антроповский Н.М. и др. 51олочное оборудование животноводческих
ферм. М., 1975.
30. Арнаутов В. И. Технология механизированных работ на репродукторных
свинофермах. М., 1976.
31. Барановский Н. В. Пластинчатые теплообменники. 51., 1962.
32. Бремер Г. И. Жидкостные сепараторы. М., 1957.
33. Беляевский Ю. И. и др. Индустриализация производства говядины. М.,
1974.
34. В а л у ш и с В. Ю. Основы высокотемпературной сушки кормов. 51., 1977.
35. Васильев А. М. и др. Технология промышленного свиноводства. Л., 1976,
* Дополнительная литература.
555
Коэффициент скольжения 171
— скользящего резаиия 173
Критерий Пастера 552
Крошимость гранул, брикетов 314
Линии поточные 220, 443, 541
Машинное доение 450
Механизм разрушения твердых тел 62,
64
Микроклимат, нормы 53
Навозоуборочные средства, классифи-
кация 395
Напряжение разрушающее 67, 71
Неравномерность вращения 135
— распределения кормов 387
Ножи измельчителей 160, 161
Номограмма для расчета доильных уста-
новок 526
— — определения крупности кормов
92
Нормализация молока 542
Нормы внесения подстилки 390
— выхода навоза 389
Окситоцин 452
Основной закон измельчения 96
Основное уравнение барабана 134
•--прессования 296
Охладители молока, классификация 543
Пастеризаторы, классификация 547
Плотность 281
Ползучесть 291
Пористость 282
Прессы, классификация 327
Производственное объединение 21
Прочность зерна 69, 71
— монолитов 315
— стебельных кормов 73, 76
Птицефабрика 18
Работа деформаций при ударе 125
Разделители дисперсных систем, клас-
сификация 441
Реконструкция ферм 31
Релаксация 290
Реология 287
Сепараторы молочные, классификация
555
Ситовой анализ 84
Скорость витания 121
— доения 470
— разрушающая 78, 129
— резания 177
— соударения 132
Соотношение компонентов 258
— тактов 477
Сосковая резина 460
Способы измельчения 81
— переработки жидкого навоза, клас-
сификация 435
— прессования, классификация 276
Средства для удаления навоза, класси-
фикация 395
Станки для свиней 43
Степень измельчения 79
— неравномерности вращения 135
— однородности смеси 259
— уплотнения 277
Стойла для коров 26
Теория вальцовых мельниц 150
— диаметрального вентилятора 118
— доильного аппарата 472
— измельчения 83, 96
— молотковой дробилки 112
— осаждения гравитационного 447
— разрушения твердых тел 63
— резания лезвием 168
--- корнеклубнеплодов 199
— сепаратора 558
— смешивания 256
— уплотнения 277
Технология производства продуктов
животноводства 24
Трудоемкость 6
Угол заточки 177
— излома 76
— раствора, защемления 173, 179
— скольжения 170, 179
Удельная нагрузка дробилки 141
— площадь поверхности 78
Удельное давление резания 173
Укосная площадь 343
Уплотнение 276
Уравнение кинетики измельчения 114
---смешивания 261
— характеристик крупности 88
— Пуазейля 477
Уровень механизации 6
Усилие резания критическое 175
Условие защемления 173
Устойчивость движения молотка 137
Фактор разделения 560
Фермы животноводческие, типы 7
Характеристика крупности 85
— ножа 178
Циркуляция материала 116
Эквивалентный диаметр 79
Экструзия 322
Энергоемкость 81
558
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие ............................................................... 3
Раздел 1. Животноводческие фермы и комплексы......................... 5
1.1. Животноводство как отрасль сельскохозяйственного-производства 5
1.2. Производственно-техническая характеристика животноводческих ферм
и комплексов 7
1.3. Инженерно-строительные сооружения и оборудование животноводческих
помещений............................................................... 26
Раздел 2. Основы технологии измельчения кормов............................ 62
2.1. О механизме разрушения твердых тел.....................;............. 62
2.2. Физико-механические свойства кормов.................................. 66
2.3. Основы теории измельчения кормов .................................... 78
Раздел 3. Л1ашины для измельчения концентрированных кормов .... 101
3.1. Зоотехнические требования к технологии приготовления концентриро-
ванных кормов.......................................................... 101
3.2. Машины для измельчения концентрированных кормов................... 102
3.3. Теория молотковой дробилки кормов................................... 112
3.4. Вальцовые мельницы.................................................. 145
Раздел 4. Машины для измельчения грубых и сочных кормов............... 154
4.1. Технология механической обработки грубых и сочных кормов........ 154
4.2. Машины для измельчения стебельных кормов.......................... 159
4.3. Теория резания лезвием.............................................. 168
4.4. Машины для измельчения корнеклубнеплодов.......................... 195
Раздел 5. Машины для приготовления кормовых смесей....................... 214
5.1. Основы технологии приготовления кормовых смесей..................... 214
5.2. Агрегаты для приготовления комбикормов и питательных растворов . . . 225
5.3. Дозаторы............................................................ 232
5.4. Смесители........................................................... 256
Раздел 6. Абашины для уплотнения кормов.................................. 275
6.1. Основы технологии уплотнения материалов............................. 275
6.2. Реологические свойства уплотняемых кормов и методы их определения 280
6.3. Основы теории прессования кормов.................................... 295
6.4. Рабочий процесс грануляторов и брикетировщнков кормов............... 309
6.5. Оборудование для уплотнения кормов прессованием..................... 320
6.6. Кормобрикетные заводы, их структура и расчет........................ 339
Раздел 7. Машины для доставки и раздачи кормов животным............... 346
7.1. Машины и оборудование для выемки кормов из хранилищ и доставки их
к животноводческим помещениям.......................................... 346
7.2. Машины и оборудование для раздачи кормов на фермах крупного рога-
тою скота.............................................................. 357
7.3. Машины и оборудование для раздачи кормов на свиноводческих фермах 366
559
7.4. Машины и оборудование для раздачи кормов на птицефабриках .... 376
7.5. Теория и расчет кормораздатчиков.................................379
Раздел 8. Машины и установки для сбора, удаления, обработки и хране-
ния навоза............................................................388
8.1. Технология механизированной уборки навоза ................ 388
8.2. Технология сбора, удаления, обработки и использования навоза . . . 393
8.3. Мобильные средства для уборки навоза.............................397
8.4. Стационарные средства для уборки и удаления навоза, их устройство и
расчет ...............................................................399
8.5. Средства для выгрузки навоза из сборников и хранилищ.............408
8.6. Гидравлические системы удаления и транспортировки навоза........415
8.7. Расчет гидротранспортной системы навозоудаления..................427
8.8. Способы обработки жидкого навоза.................................435
8.9. Технологический расчет системы разделения жидкого навоза........447
Раздел 9. Механизация доения коров....................................450
9.1. Технология машинного доения .....................................450
9.2. Доильные машины..................................................458
9.3. Доильные установки...............................................495
Раздел 10. Машины и аппараты для первичной обработки молока .... 538
10.1. Основы технологии первичной обработки молока ...................538
10.2. Охладители молока...............................................542
10.3. Пастеризаторы...................................................546
10.4. Молочные сепараторы.............................................550
Указатель литературы..................................................555
Предметный указатель ... 557
Сергей Всеволодович Мельников
МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМ
Редактор О. И. Тишкина. Художественный редактор О. П. Андреев, Технический
редактор Л. Б. Резникова, Корректоры Л. В. Вешнякова и А. У, Федорова
И Б № 0588
Сдано в набор 03.11.77. Подписано к печати 20.02.78. Формат 60x90'/is. Бумага тип. № 2.
I арнитура литературная. Печать высокая. Уел. печ. л. 35. Уч.-изд. л. 40,93. Тираж 40 000
экз. Заказ № 1527, Цена 1 р. 70 к.
Отделение ордена Трудового Красного Знамени издательства «Колос», 191186, Ленинград,
Д-186, Невский пр., 28.
Ордена Октябрьской Революции, ордена Трудового Красного Знамени Ленинградское
производственно-техническое объединение «Печатный Двор» вмени А. М. Горького Союз-
полиграфпрома при Государственном комитете Совета Министров СССР по делам изда-
тельств, полиграфии и книжной торговли, 197136, Ленинград, П-136, Гатчинская ул., 26.
631,3
М48
УДК [636 : 631.141: 631.171 (075.8)
Мельников С. В.
М48 Механизация и автоматизация животноводческих ферм,—-
Л.: Колос. Ленингр. отд-ние. 1978.— 560 с., ил.— (Учебники
и учеб, пособия для высш. с.-х. учеб, заведений).
Учебное пособие написано для студентов институтов и факультетов механизации
сельского хозяйства. В нем освещены вопросы теории технологических процессов ц
рабочих процессов машин, методы их расчета, широко представлены состав и струк-
тура поточных технологических линий, применяемых в промышленном животновод-
стве, с учетом зональных особенностей.
Учебное пособие может быть полезно также научным работникам и специали-
стам-производственникам,
40202-124
035(01)—78 631.3
© Издательство «Колос», 1978