Для сдачи тестов, рубежного контроля, а также закрепления материала используйте браузеры MS Internet Explorer, Mozilla Firefox, Chromium
    Главная страница электронного учебника План урока
    Содержание дисциплины

    Основы проектирования животноводческих ферм
    Содержание дисциплины

    Проектирование поточных технологических линий кормоцеха

    Учебная тема
    Проектирование поточных технологических линий кормоцеха

    ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОТОЧНЫХ ЛИНИЙ кормоцеха

    План

      1. Понятие о поточных линиях.
      2. Основы расчета поточных линий.
      3. Определение потребного количества кормов
      4. Расчет производительности и подбор машин линий
      5. Определение расхода воды
      6. Определение расхода пара
      7. Расчет площадей кормоцеха
      8. Контрольные вопросы.
      9. Дополнительная литература.

      1. Понятие о поточных линиях
      2. При механизированных или частично механизированных процессах операции обычно разобщены и не составляют единого производственного потока.

        Машинный способ производства требует объединения всех последовательных операций в единый производственный процесс, что достигается устройством механизированных линий.

        Под производственной линией следует понимать такую совокупность дополняющих друг друга машин, которая обеспечивает выполнение данного технологического процесса, если машины линии действуют одновременно и согласованно по производительности, при этом каждая из них последовательно и непрерывно передает продукт обработки следующей машине, то такую линию называют поточной. При поточной механизации продукт, полученный в результате работы предыдущей машины, является исходным материалом для последующей, т.е. операции на всех рабочих местах выполняются в промежутки времени, равные или кратные ритму потока при непрерывном движении обрабатываемого продукта. Комплекс машин представляет собой как бы соединительный мостик между первичным сырьем и готовым продуктом обработки.

        Ритмом или шагом потока называется интервал времени, за который поточная линия выпускает партию готовой продукции. Например, свинокомплекс выпускает 300 свиней в сутки. Здесь ритм работы равен одним суткам. Промежуток времени между выпуском двух последовательных изделий называется тактом. Так, при выпуске 300 свиней в сутки, такт комплекса составит 24 : 300 = 0,08 ч.

        Темп потока характеризует интенсивность работы поточной линии. Он является величиной, обратной ритму, и показывает сколько единиц готовой продукции выпускается в единицу времени (производительность линии).

        По виду потоков процессы делят на непоточные непрерывные, поточно-непрерывные (цикличные), поточные прерывные и непоточно-прерывные (апериодические). К первым относятся биологические процессы с длительными циклами, например, прирост живой массы, воспроизводство (стельность, супоросность), отрастание шерсти, образование молока и т.п.

        К поточным непрерывным относится большинство технологических процессов, циклически повторяющиеся в течение определенного промежутка времени (кормление, доение и др.).

        К поточно-прерывным относятся процессы переработки материалов на машинах периодического действия (смешивание кормов, запаривание соломы, картофеля).

        К непоточно-прерывным процессам относятся те, которые осуществляются периодически. Например, вентиляция помещения по мере надобности, поение животных – по мере желания.

        При производстве продуктов животноводства один вид потока может переходить в другой. Особенно это заметно в цепочке: приготовление кормов → кормление → переваривание корма (образование продуктов животноводства). Последнее звено цепи усложняет расчет потоков, так как делает их прерывными с разной частотой и длительностью.

        Чтобы каким-то образом сгладить прерывность потока, вынуждены идти на создание промежуточных емкостей для хранения материалов, движущихся в потоке (корма, вода, молоко и др.).

        Чтобы определить размеры промежуточных емкостей для хранения материалов, строят суточные и почасовые графики их потребления или расходования.

        Нет смысла делать поточную линию, которая обеспечивала бы по производительности потребность в материалах в моменты их наибольшей потребности. Достаточна производительность средней величины, а пиковую потребность обеспечит резерв, хранящийся в промежуточной емкости.

        Например, при включении водяного насоса его подача постоянна, а потребление воды на ферме неравномерно. Для этого служат водонапорные башни и т.п.

        Основной структурной единицей материально-технической базы на животноводческих фермах является поточная технологическая линия (ПТЛ), как организационная форма эффективного использования средств механизации и автоматизации. ПТЛ – это совокупность целесообразно расставленных в соответствии с технологией машин, оборудования и обслуживаемых животных в сочетании с помещениями, сооружениями и коммуникациями.

        При проектировании поточных линий должны соблюдаться следующие требования: детальное разделение процесса производства на операции; постоянное закрепление отдельных операций за рабочими местами, специализация оборудования, расположение его по ходу производственного процесса, специализация транспортных средств, непрерывность потока в технологически определенное время, синхронизация операций.

        Поточные методы организации производственных процессов в животноводстве позволяют повысить качество продукции, сократить длительность производственного цикла, снизить себестоимость продукции.

      3. Основы расчета поточных линий
      4. Поток, значение которого для любого момента времени можно вычислить, называется детерминированным. В животноводстве различают два типа детерминированных потоков. Потоки первого типа обусловлены действием машин, нагревателей и иных технических устройств. Они имеют правильный, ритмичный, регулярный характер. Потоки второго типа обусловлены действием животных и птицы. Они имеют неправильный неритмичный и нерегулярный характер (потоки подачи яиц, потребление корма). На поточную линию действует большое количество животных и характеристика такого рода не зависит от поведения отдельного животного. Но, если действие большой группы животных организовано человеком, то характеристика потока может быть правильной (доение коров на доильной площадке, стрижка овец на стригальном пункте и т.д.) и такие потоки линий можно выражать в виде предсказуемых функций времени детерминированных потоков. А это дает возможность определять количество продукта потока, разрабатывать схемы технологического процесса, выбирать накопительные емкости и организовывать непрерывную транспортировку обрабатываемого продукта.

        Суммарное суточное задание Рс определяют из уравнения

        где

        Рi, Р1, … Рn – разовое количество продукта (корма), предназначенное животному или получаемое от него;

        mi, m1, … mn– количество животных различного вида и возраста;

        рi, р1, … рn – коэффициенты суточной кратности потока (двукратное доение, трехкратное кормление и т.д.).

        Обработка и переработка продукта на ферме должны протекать в установленный зоотехнический срок  Тз. Тогда

        .

        Если поточная линия обслуживает один вид поголовья, то

        .

        Порядок разработки поточных линий следующий:

        1. Выбирают наиболее целесообразную общую схему технологического процесса обработки конкретного вида продукта. Для этого определяют способы его подготовки, подбирают рациональный перечень основных и вспомогательных рабочих операций, а затем составляют общую технологическую схему обработки продуктов.

      5. Определение потребного количества кормов
      6. Скармливание всех видов кормов в виде кормовых смесей признано целесообразным для всех видов и возраста животных. Исключение составляет лишь сено, которое раздается жвачным животным в чистом виде, минуя кормоцех. Объясняется это тем, что приготавливая кормовую смесь, можно добиться полной сбалансированности ее по основным питательным веществам и витаминам и, главное, по протеину и каротину, как наиболее дефицитным, но наиболее важным компонентам кормового рациона. Разные корма имеют различные кормовые достоинства по содержанию углеводов, протеина, витаминов, микроэлементов, в зависимости от наличия в хозяйстве тех или иных видов кормов, их количества, а также зная состав корма, который может изменяться в зависимости от различных условий выращивания и хранения, составляют рацион для данного вида и возраста животных с учетом их продуктивности.

        Составление рационов для данных конкретных условий хозяйства довольно трудоемко. Поэтому в последнее время все чаще для этого в передовых хозяйствах привлекают ЭВМ. Занимаются составлением рационов зоотехники. Проектные организации, как правило, пользуются средними типичными для данного региона рациона, составленными научными организациями. Мы в учебных целях будем поступать так же. Если рацион полностью сбалансирован по основным питательным веществам, расход кормов уменьшается. Как подсчитать потребное количество кормов?

        Пусть для получения 1 кг продукции животноводства требуется G кормовых единиц. В зависимости от условий содержания и породы животного эта величина бывает различная. Так, для получения 1 кг молока необходимо 1…1,5 к.е. (у Н.В. Брагинца и Д.А. Палишкина приведена цифра 1,45 к.е.), 1 кг говядины – 7…11 к.е. (10,5 к.е.); 1 кг свинины – 5…10 к.е. (8,8 к.е.). Передовые хозяйства уже добились более низкого расхода кормов, чем приведено здесь.

        Потребное количество кормовых единиц удовлетворяется наличными в хозяйстве кормами. Тогда количество кормовых единиц, которое должен обеспечить конкретный вид корма

         к.е.,

        где Ki – относительное количество i -го корма в рационе.

        Если нам задана продуктивность животного в сутки П, то количество i-того вида корма на голову в сутки

        кг/сут.,

        где – кормовая ценность i-того вида корма,  к.е./кг.

        Кормовая ценность того или иного корма может изменяться в зависимости от условий выращивания, удобрений, наличия влаги, типа почвы и т.п. Средние значения питательности некоторых кормов.

      Наименование корма

      Кормовая ценность,  к.е./кг

      Концентраты зерновых

      1,0

      Картофель

      0,3

      Корнеплоды

      0,2

      Зеленая масса трав

      0,15

      Травяная мука

      0,75

      Силос

      0,2

      Сенаж

      0,4

      Сено

      0,5

      Солома

      0,08

      По такой методике определяется потребное количество данного вида корма каждой группе животных, имеющих одинаковый рацион. Далее определяют потребное количество кормов в сутки на всю ферму:

      (1)

      где

      Q1; Q2Qn – суточная потребность в различных кормах для всей фермы, кг;

      ai; bi,…zi – норма скармливания данного вида корма одному животному в сутки, кг;

      m1; m2,…mn – число животных в каждой группе, имеющей одинаковый рацион.

    1. Расчет производительности и подбор машин линий
    2. Суточная производительность кормоцеха

      , кг/сут .

      Необходимо учитывать, что рационы составляются для зимнего и летнего периодов. Продолжительность зимнего периода для условий Республики Беларусь принята равной 210 дней, летнего – 155 дней. При определении суточной производительности кормоцеха необходимо принимать максимальный расход кормов, который может получиться или в летнем или в зимнем периодах.

      В зависимости от принятой кратности кормления животных (двух или трехразовое) и процентного распределения кормов по дачам определяют производительность каждой технологической линии. Для этого необходимо знать зоотехническую норму продолжительности одного кормления животных. В настоящее время она установлена равной 2 часа. Это время принимается и для расчетов продолжительности кормоприготовления.

      ,

      где

      Q л1; Q л2…Q лn – максимальная производительность линии для обработки i-того вида корма, кг/с;

      Тз – зоотехническое время приготовления корма, с;

      – коэффициент кратности кормления для максимальной дачи данного вида корма.

      При двухкратном кормлении и одинаковом распределении данного вида корма по дачам P = 0,5.

      При расчете производительности линии необходимо знать, что некоторые процессы кормоприготовления, отличающиеся большой продолжительностью (запаривание соломы, картофеля) можно начинать с таким расчетом, чтобы к началу переработки остальных видов кормов картофель или солома были уже готовы для загрузки в смеситель. Это, с одной стороны, позволит увеличить общую продолжительность работы данной линии в сутки и тем самым обойтись меньшим количеством оборудования, с другой – обеспечить лучшее качество смешивания при одновременном поступлении всех видов кормов в смеситель.

      Для каждой технологической линии определяют состав операций для выполнения технологического процесса, составляют технологическую схему и производят выбор машин по методике, изложенной в предыдущей теме. Например, для линии переработки картофеля для свиней состав операций: подача на транспортер хранилища → транспортирование из хранилища в кормоцех → мойка и отделение камней → загрузка в запарочный чан → запаривание → мятие → выгрузка из чана → подача в смеситель.

      Подбор машин производят в соответствии с системой машин для животноводства и состоянием с их производством в данной время. Их количество в линии определяют по формуле

      ,

      где qi – производительность машины в i-той линии переработки корма.

      После выбора машин и определения их количества вычерчивают технологическую схему линии. При этом учитывают необходимость в емкостях для промежуточного хранения кормов. Особенно это относится к кормам, периодически подвозимым к кормоцеху, – комбикорма, обрат, различные добавки.

      Кормовую смесь приготавливают каждой группе животных, имеющих одинаковый рацион. Тогда количество корма, загружаемого в смеситель для группы животных с одинаковым рационом для разового скармливания,

      .

      Для расчета производительности и количества смесителей необходимо определить максимальное количество кормов для разовой дачи группе животных, т.е. необходимо выявить наибольшую группу животных и максимальный коэффициент кратности кормления.

      Для КРС кормовые смеси, как правило, водой не разбавляются и получаются в рассыпном виде. Для свиней используют влажные мешанки определенной консистенции, поэтому в кормосмесь добавляют воду, сыворотку, обрат.

      Влажность кормовой смеси, состоящей из различных компонентов, можно определить по формуле

      ,

      где Wa, Wb, Wz – относительная влажность каждого из видов корма, входящего в смесь,  %.

      Количество воды, которое необходимо добавить в кормосмесь для достижения ею заданной влажности Wз

      ,

      Общее количество смеси на одну дачу группе животных с одинаковым рационом

      ,

      т.е. общее количество смеси после добавления воды увеличивается пропорционально величине отношения содержания сухих веществ в смеси до добавления и после добавления воды.

      Если смесители циклического действия, то их количество

      где

      V – геометрическая емкость смесителя, м3;

      ρ – плотность смеси, кг/м3;

      φ – коэффициент заполнения смесителя;

      mц – число циклов смешивания за время Тз.

      Продолжительность процесса приготовления кормовой смеси

      Ттр = Тсм + Тзаг + Твыг ,

      где

      Тсм – продолжительность смешивания;

      Тзаг – продолжительность загрузки компонентов смеси;

      Твыг – продолжительность выгрузки смеси.

      Тогда число циклов смешивания за время Тз

      .

      Полученное дробное количество смесителей округляется до целого в большую сторону.

      Таким образом, определяется количество смесителей для каждого рациона (группы животных). Естественно, что один и тот же смеситель может использоваться для приготовления смесей других рационов, если время приготовления укладывается в зоотехнически установленное.

      Дозирование различных кормов в смесители периодического действия производится по времени работы загрузочных средств. Для этого надо знать их производительность. При работе смесителя непрерывного действия, например, ИСК-3 для КРС, каждое загрузочное средство должно быть отрегулировано на производительность, пропорциональную доле в рационе того компонента, который он загружает в смеситель.

      Производительность линии смешивания для смесителей периодического и непрерывного действия

      .

      Для смесителей непрерывного действия это очевидно, а для смесителей периодического действия вытекает из следующего вывода:

      .

    3. Определение расхода воды
    4. Вода в кормоцехе расходуется на добавление в корма, мойку корнеклубнеплодов перед их обработкой, оборудования и помещения, на систему отопления и парообразования, на бытовые нужды операторам кормоцеха.

      Суточный расход воды можно выразить

      ,

      где

      Qкв – суточный расход воды, идущей для разбавления кормовых смесей, определяется по вышеприведенной формуле (2) для каждого рациона, кг;

      Qмв – суточный расход воды, идущей на мойку корнеклубнеплодов;

      кг,

      где

      Qn – суточная потребность в корнеклубнеплодах, определяется по одному из уравнений системы (1), кг;

      qk – норма расхода воды на мойку корнеклубнеплодов, определяется из характеристики моечной машины, кг/кг;

      Qов = q0 × ni – суточный расход воды на мойку ni единиц оборудования;

      qо – норма расхода воды на мойку одной единицы оборудования, кг (~ 50 кг/маш);

      Qпв = qп × nп – суточный расход воды на мойку пола кормоцеха площадью Fп, кг;

      qп – норма расхода воды на мойку 1 м2 пола, кг;

      Qотв – суточный расход воды на заполнение системы отопления кормоцеха в зимнее время

      кг,

      Vот – объем системы отопления, л;

      – плотность воды, кг/л;

      Kот – коэффициент сменяемости воды в системе (Kот = 0,01);

      Qпрв – суточный расход воды на парообразование, зависит от количества запариваемых кормов (см. след. параграф), кг;

      Qбв – суточный расход воды на бытовые нужды операторов (душ, канализационные стоки), кг;

      Во многих случаях, особенно в зимнее время нужна теплая вода различной температуры. Ее обычно получают от водонагревателя и разбавляют холодной водой до требуемой температуры. Если считать, что водоподогреватель дает воду определенной постоянной температуры tгор, то ее количество без учета теплопотерь и с учетом того, что

      ,

      где

      Qвi – суточный расход теплой воды на технологические, бытовые и т.п. цели, определяется по вышеприведенным зависимостям и нормам;

      ti – требуемая температура воды для i-той цели;

      tх –температура воды из водопровода.

    5. Определение расхода пара
    6. Пар в кормоцехе расходуется на запаривание кормов, на отопление кормоцеха и подогрев технологической воды, если в кормоцехе не установлен водоподогреватель.

      Расход пара на запаривание кормов в сутки

      кг,

      где

      Qп –масса n –го вида корма, который подлежит запариванию в течение суток, определяется по одному из уравнений системы (1),  кг;

      с – теплоемкость корма, Дж/ кг. град;

      tгот – температура готовности корма; для картофеля tгот = 94…980С;

      tн – начальная температура корма;

      iп – теплосодержание пара;

      iк – теплосодержание конденсата.

      Расход пара на потери через стенки запарника, установленного в кормоцехе, можно не учитывать, так как это тепло служит для отопления кормоцеха и учитывается по нормам расхода пара на отопление;

      кг,

      где

      qот – норма расхода пара на отопление 1 м3 в час (0,5…0,75  кг/м3 •ч);

      Vп – объем помещения, м3.

      Расход пара на подогрев воды до нужной температуры

      кг,

      где

      iп – теплосодержание пара, для насыщенного пара при атмосферном давлении

      iп = 2.7 МДж/ кг = 2700 КДж/ кг;

      Св – теплоемкость воды, Св = 4,180 КДж/ кг.град.

      Общий расход пара в сутки составит

      кг.

      Для производства пара требуется вода. Однако не весь полученный пар необходимо учитывать при определении суточного расхода воды, а лишь то его количество, которое не соединяется с технологической водой и в виде конденсата сливается в канализацию, например, при запаривании картофеля.

      Часовой расход пара, если все операции происходят одновременно, можно определить по формуле

       кг/ч,

      где

      Тз – время запаривания кормов, ч;

      Тв – время нагревания воды, ч.

      Более точно часовой расход пара можно определить по суточному графику расхода пара.

      Пользуясь Системой машин для животноводства, выбирают тип парообразователя и имея его характеристику, определяют потребное количество парообразователей

      ,

      где Qпр – производительность котла-парообразователя.

    7. Расчет площадей кормоцеха

    Кроме основного оборудования для кормоцеха подбирают и вспомогательное (пульт управления, противопожарный инвентарь и т.п.). Составляют перечень оборудования кормоцеха с характеристикой каждого из них.

    Ориентировочно площадь кормоцеха можно определить по формуле

    ,

    где

    – площадь, занимаемая каждой из машин согласно их габаритным размерам;

     – коэффициент заполнения площади цеха (=0,3…0,4).

    Более точно площадь кормоцеха определится после вычерчивания плана размещения машины и оборудования в нем. При этом следует помнить, что для обслуживания машин необходимо оставлять проходы не менее 1 м между рядом стоящими машинами и между машиной и стеной помещения. При этом технологическая цепь, обеспечивающая передачу кормов от одной машины к другой, не должна нарушаться.

    Для организации работы кормоцеха составляется суточный график работы оборудования. Такой график также помогает определить потребное количество воды, пара, электроэнергии в данный момент времени.

    Контрольные вопросы.

    1. Что такое поточная технологическая линия при механизированных производственных процессах на животноводческих фермах?

    2. Как подразделяются процессы по виду потоков?

    3. Чем характеризуется индивидуальность работы поточной линии?

    4. В чем заключается расчет поточных линий на животноводческих фермах?

    5. Исходя из чего составляются среднесуточные рационы кормления животных (птицы) и как определяют потребности в кормах?

    6. Как производится подбор машин и определяется их количество в технологических линиях?

    7. Как определяется расход пара при проектировании поточных технологических линий кормоцеха?

    8. В чем заключается расчет площадей кормоцеха?

    Дополнительная литература.

    1. Мельников С. В. Технологическое оборудование животноводческих ферм. - Л.: Агропромииздат, 1985.
    2. Галкин А.Ф. Основы проектирования животноводческих ферм. -М.: Колос, 1975.
    3. Система машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства на 1981 – 90 гг., У.П. Животноводство. -М.: ЦНИИТЭИ, 1981.
    4. Завражнов А.И. Технологическое проектирование ферм и комплексов. -Алма-Ата: Кайнар, 1982.
    - Содержание дисциплины

    Основы проектирования животноводческих ферм

    Закрепление материала
    Тестирование материала
    Содержание дисциплины

    Физические процессы и технические средства получения искусственного холода на предприятиях АПК