Обоснование энергосберегающей технологии и устройства для охлаждения молока при пастбищном содержании коров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Герасимова, Ольга Александровна

• Герасимова, Ольга Александровна
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Герасимова, Ольга Александровна

Введение

1 Состояние вопроса, цель и задачи исследования

1.1 Условия и природный ресурс для производства молока

1.2 Анализ технических средств, применяемых при доении и первичной обработке молока на пастбищных комплексах

1.3 Анализ технологий охлаждения молока с использованием источников естественного холода *

1.4 Экономические условия содержания коров на пастбищных 29 комплексах и задачи исследования

2 Теоретическое обоснование технологических процессов на пастбищных комплексах и охлаждения молока естественным холодом

2.1 Обоснование технологических процессов на пастбищных 33 комплексах

2.2 Теоретическое обоснование процесса охлаждения молока в 44 энергосберегающей установке с использованием природного холода

2.3Теоретическое исследование процесса охлаждения воды при 53 её активном распылении

3 Программа и методика проведения экспериментальных 64 исследований

3.1 Программа экспериментальных исследований

3.2 Описание конструкции экспериментальной установки для 66 охлаждения молока

3.3 Измерительные приборы и оборудование и методика 77 проведения эксперимента

4 Экспериментальная оценка воздействия конструктивных факторов на выходные параметры технологического процессах

4.1 Влияние факторов на конечную температуру молока при 88 его охлаждении в процессе первичной обработки

4.2 Влияние факторов на конечную температуру воды при её 95 охлаждении в процессе воздушно-капельного распыления

4.3 Влияние факторов на понижение температуры воды при её 103 охлаждении в процессе воздушно-капельного распыления

4.4 Обоснование предлагаемого оборудования для 110 пастбищного комплекса

5 Экономическая эффективность проекта

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование энергосберегающей технологии и устройства для охлаждения молока при пастбищном содержании коров»

В молочном животноводстве летний период — важный организационно - технологический этап, позволяющий без дополнительных материальных затрат добиться повышения удоев и снижения себестоимости продукции, укрепления здоровья коров и улучшения их воспроизводительных функций. При правильной организации кормления, доения и содержания коров в этот период хозяйства получают самое дешевое молоко, себестоимость которого в 1,5.2 раза ниже, чем в стойловый. Так, в Нечерноземной зоне Российской Федерации, где одной из ведущих отраслей сельского хозяйства является производство молока, 43.56% годового надоя приходится на летний период /71/. Основу рациона в этот период составляют наиболее дешевые и и полноценные по питательности зеленые корма. Однако среднегодовая продуктивность коров остается низкой и составляет 2440 кг молока, на долю зеленых кормов приходится только 24.26% от годового рациона, что недостаточно. Имея в 1,5 раза больше площадей пастбищ, чем пахотных земель, с них получают только около 30% кормов /51/. Многие хозяйства строят летние лагеря на основании собственных разработок, со значительными отклонениями от норм технологического проектирования, что снижает эффективность пастбищного содержания.

Поэтому проблема обоснования и разработки перспективных технологических процессов для летнего молочного животноводства, повышающих эффективность производства молока является актуальной.

Необходимость в решении такой задачи, как создание пастбищного комплекса, возникла в связи с внедрением проекта развития АПК.

Первая группа товаропроизводителей относится к числу крупных сельхоз предприятий. Их количество составляет 30,6 тыс. предприятий (акционерные общества, агрофирмы и т.д.), которые поставляют 90% товарной продукции/98/.

Вторая группа: товаропроизводителей — около . 13 млн. личных: подсобных хозяйства жителеш сел шнебольшихчгородов;. Продукция-? ЛШ& в-основном» используется для; собственного? потребления и? только некоторая часть, еёгявляется товарной]

Третья«, группа: товаропроизводителей! — 269 тыс. крестьянских (фермерских) хозяйств. В среднем на одно фермерское хозяйство приходи тся 42 га всей земли/117/.

Современное: неудовлетворительное состояние оснащениям ферм; необходимость- повышения; конкурентоспособности отечественной-продукции требуют разработки более: совершенных средств механизации: . Создание и внедрение новых технологий и технических средств^ пригодных как для вновь строящихся ферме и комплексов, так и для существующих , помещений коллективных и фермерских хозяйств.

Научную новизну работы» составляют:: алгоритм достижения цели совершенствования; технологических, процессов; в летнем: животноводстве; экономико-математическая» модель. ' обоснования эффективности производства молока в летний период на основе пастбищного комплекса; разработка теории-, позволяющей -установить возможность, эффективного:1 использования- природного холода для* получения^ необходимой конечной температуры; молока при его первичном охлаждении; разработке оптимального коэффициента- позволяющего получить более точные технологические и«конструкционные: параметры по отношению к. устройству для первичного охлаждения:молока: с использованием естественного холода; применимого большей частью длягусловий; пастбищ;

Большое: значение- диссертационной? работа, для: экономики^ страны; заключается в том, что теоретические и экспериментальные, разработки обеспечивают снижение затрат энергии, труда и: средств на. обслуживание: коров и увеличение выхода и качества животноводческой продукции.

На защиту выносятся следующие основные;положения:

- обоснование необходимости созданияшастбищных комплексов;

- обоснование их структуры, режимов работы.

- теоретические предпосылки по обоснованию технологических и конструкционных параметров установки для первичного охлаждения молока.

- математические модели рабочего процесса установки;

- практические результаты выполненных исследований и их энергетическая и экономическая эффективность.

Автор искренне благодарит д.т.н., профессора, заслуженного деятеля науки и техники РФ, Вагина Бориса Ивановича за помощь и поддержку, оказанную при написании данной научной работы.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Герасимова, Ольга Александровна

121 Выводы

1. В Северо-Западной зоне Российской Федерации при пастбищном содержании коров для повышения его эффективности требуется внедрение новой энергосберегающей технологии, в том числе с использованием естественного холода при первичной обработке молока.

2. Степень эффективности обосновывается критерием минимизации энергозатрат на производство молока.

3. Для снижения температуры молока и определения рабочих параметров установки осуществлено теоретическое обоснование на основе разработанной математической модели, учитывающей проходящий теплообменные процессы при его охлаждении в замкнутом трубчатом потоке с определением численных значений температуропроводности (ф-21), определяющее снижение температуры молока.

4. Конструктивных и технологических параметров и режимов работы охладителя молока определены анализом физических свойств при удалении теплоты путем испарения капельной массы в воздушном противотоке (ф.2.71, ф.2.73), эти условия определяют рациональную высоту установки распылителя.

5. Установлено, что для интенсификации процесса первичного охлаждения молока до температуры 14,0. 14,4 °С необходимы параметры и режимы работы охладителя молока: длина теплообменника 11м, температура воды в аккумуляторе холода 10,2. 10,4 °С при кратности воды 2 и объемной скорости молока 0,82 м3/ч.

6. Для снижения температуры воды до 10,2.10,4 °С в результате воздушно-капельного теплообмена следует использовать следующие рациональные конструктивные параметры тепло обменной камеры: диаметр отверстий распылителя 1,1. 1,2 мм; скорость воздушного потока 0,56.0,58 м/с; давление в системе распыления воды 0,126.0,129 МПа при производительности 1,8 м3/ч.

7. Предлагаемая энергосберегающая технологическая линия производства молока на пастбищных комплексах при отсутствии централизованного электроснабжения обеспечивает: доение на установке УДС-ЗБ, очистку, первичное охлаждение молока, и его хранение. Результаты производственной проверки в молочном комплексе ЗАО «Великолукское» Великолукского района Псковской области позволили получить снижение себестоимости производства молока при внедрении энергосберегающей технологической линии до 9,46 руб./кг, а также удельные энергозатраты составили 3,27 МДж/кг, что на 27% ниже существующей. При этом дополнительный чистый доход составил 595129,27 руб/сезон. Производственными испытаниями установлено, что использование новой установки для охлаждения молока с использованием естественного холода позволяет получить сезонный экономический эффект от снижения затрат на охлаждение 364200 рублей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Герасимова, Ольга Александровна, 2011 год

1. Андреев A.B. Сенокосы и пастбища Нечерноземья / A.B. Андреев.- М.: Колос. 1970.-358 с.

2. Андреев Н.Г. Лугопастбищное хозяйство в животноводческих комплексах / Н.Г. Андреев. 1978. 246 с.

3. Белехов И.П. Практикум по машинам и оборудованию для животноводства / И.П. Белехов. М.: Агропромиздат, 1986. - 288 с.

4. Благовещенский Г.В. Использование сенокосов и пастбищ / Г.В. Благовещенский .- М.: Колос, 1967. 104с.

5. Босин И.Н. Применение естественного холода для охлаждения молока / И.Н. Босин. Саранск.: Мордовское областное правление ВАНТО, 1989.-52с., ил.

6. Быстрое охлаждение молока на летних фермах / А.И. Улитенко, В.А. Пушкин. Молочная промышленность №9, 2002.

7. Вагин Б.И. Практикум по механизации животноводческих ферм / Б.И. Вагин. Л.: Колос, 1983.-340 с.

8. Ведищев С.М. Механизация доения коров / С.М. Ведищев. Тамбов: изд-во ТГТУ, 2006. - 160с.

9. Власов Н.С. Методика экономической оценки сельскохозяйственной техники / Н.С. Власов. М.: Колос, 1968. - 128 с.

10. Волчков И.И. Теплообменные аппараты для молока и молочных продуктов / И.И. Волчков. М.: Пищевая промышленность, 1972.-216с.

11. П.Герасимова O.A. Организация пастбищных комплексов // А.О. Герасимова. Сельский механизатор № 9, 2007. — 39с.

12. Макарова Г.В., Дружинина Е.С., Шилин В.А., Замиралов, Голубев И. -Великие Луки, 2007г.

13. Герасимова O.A. Мобильный пастеризатор для фермерских хозяйств // Материалы III научно-практической конференции молодых ученых, РИО ВГСХА,2008г. с. 202. .203.

14. Герасимова O.A. Повышение эффективности производства молока при пастбищном содержании коров // Доклад на научной конференции профессорско-преподавательского состава. — Санкт Петербург, СПбГАУ, 2009.

15. Герасимова O.A. Использование естественного холода для охлаждения молока на пастбищах // Материалы Международной научно-практической конференции «Сельское хозяйство: проблемы и перспективы», РИО ВГСХА,2009г. с. 214.217.

16. Герасимова O.A., Вагин Б.И. Разработка энергосберегающей технологии и технических средств для охлаждения молока при машинном доении коров // Доклад на научной конференции профессорско-преподавательского состава. — Санкт Петербург, СПбГАУ, 2010.

17. Герасимова O.A. Охлаждение молока на пастбищных комплексах с использованием естественного холода // Материалы Международной научно-практической конференции молодых ученых, РИО ВГСХА,20Юг. с. 196. 198.

18. Герасимова O.A. , Шилин В.А. , Волошин Ю.И. Охлаждение молока при стационарном течении по трубопроводу с охладителем // Техника в сельском хозяйстве № 5, 2010. 11. 13 с.

19. Герасимова O.A., Шилин В.А. , Самарин Г.Н, Волошин Ю.И. Охлаждение молока в установке с активным распылением хладогента // Техника в сельском хозяйстве № 3, 2011. 15. 17 с.

20. Гмурман В.Е. Теория и математическая статистика / В.Е. Гмурман. -М.: Высшая школа. 1977. - 479 с.

21. ГОСТ 11730-79. Установки доильные. Общие технические условия. -М.,1979.

22. Горский В.Г. Планирование промышленных экспериментов / В.Г. Горский, Ю.П. Адлер. М.: Металлургия, 1974 - 264с.

23. Грановский В.А. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях / В.А. Грановский. Л.: Энергоатомиздат, 1990. - с. 18-72.

24. Денисов И.Н. Оценка экономической эффективности / И.Н. Денисов, Л.П. Шелудько, В.Д. Кузнецов. М.: Экономика, 2004г.

25. Джонсон Н. Статистика и планирование эксперимента в науке и технике / Н. Джонсон, Ф. Лион. М.: Мир, 1980 - 610с.

26. Диткин В.А. Справочник по оперативному исчислению / Диткин В.А., Прудников А.П. М.: Высшая школа, 1965

27. Доильная площадка на 800 коров для летнего лагеря. Информлисток, Алтайский ЦНТИ, №39, 1988.

28. Доильная площадка на выпасах. Омск. ЦНТИ. Инфрмационный листок. № 229, 1972.

29. Доспехов Б.А. Планирование полевого опыта и статистическая обработка его данных / Б.А. Доспехов. М .: Колос, 1972. - 207с.

30. Единые нормы амортизационных отчислений. — М.: Инфра-М, 2001. — 130 с.

31. Завадский Ю.В. Статистическая обработка эксперимента / Ю.В. Завадский.- М.: Высшая школа, 1976. 210с.

32. Закс Л Статистическое оценивание / Л. Закс. — М.: Статистика. 1976.-598с.

33. Иванова В.П. Основные сведения об изготовлении машин / В.П. Иванова, А.Д. Аникина, Д.Ф. Брюховец. — М.: Машиностроение, 1986. -343 с.

34. Иванова Г.М. Теплотехнические приборы и измерения / Г.М. Иванова, Н.Д. Кузнецов, B.C. Чистяков. М.: Издательский дом МЭИ, 2007. -460с., ил.

35. Интенсивное использование пастбищ в ГДР. (Обзор) Сельское хозяйство за рубежом. Животноводство, № 6, 1966, с. 42-46.

36. Кармановский Л.П. Обоснование системы технологий и машин для животноводства / Л.П. Кармановский, Н.М. Морозов, Л.М. Цой. М.: ИК «Родник», // Аграрная наука, 1999, 228с.

37. Карпов В.Н. Введение в энергосбережение / В.Н. Карпов. СПб.: Питер, 1999.

38. Карташов Л.П. Машинное доение коров / Л.П. Карташов, Ю.Ф. Кура-нов. М.: Высшая школа, 1980. — 223 с.

39. Ковалев C.B. Исследование систем управления процессами низковакуумного доильного комплекса: Автореф. Дис.канд. техн. Наук. Москва, 2000.

40. Корзон Хуанг / Статистическая механика. — М.: Мир, 1966.

41. Коптев В.В. Основы научных исследований и патентоведения / В.В. Коптев, В.А. Богомягких, М.Ф. Трифонов. — М.: Колос, 1993. 144 с.

42. Кормопроизводство / Н.В. Парахин , И.В. Кобозев, И.В. Горбачев и др. М.: КолосС, 2006. - 432с.

43. Крылова Н.М. Новая система пастбищного содержания молочных коров в Великобритании // Н.М. Крылова. Молочное и мясное скотоводство. № 4, 1987, с 52-55.

44. Кузин Ф.А. Кандидатская диссертация. Методика написания, правила оформления и порядок защиты. Практическое пособие для аспирантов и соискателей ученой степени / Ф.А. Кузин. — М.: Ось-89, 2000. 224 с. 39

45. Кук Г.А. Пастеризация молока / Г.А. Кук. М.: Пищепром, 1957. -237с.

46. Кук Г.А. Процессы и аппараты молочной промышленности / Г.А. Кук. М.: Пищепромиздат, 1955. 472 с.

47. Купреенко А.И. Разработка метода оптимизации энергосберегающих технологий и средств механизации приготовления кормов / А.И. Ку-преенко. автореферат дисс. . докт. техн. наук. — Рязань, 2006 33-34 с.

48. Лабораторный практикум по механизации животноводства / Б.И. Вагин, А.И. Чугунов, Ю.А. Мирзоянц и др. Великие Луки.: ВГСХА, 2003.-533 с.

49. Ларин И. В. Система использования пастбищ и ухода за ними / И. В. Ларин. М.: Сельхозиздат, 1960. - 251с.

50. Ларсен У.Р. Инженерные расчеты в Excel / У.Р. Ларсен. М.: «Вильяме», 2002. 539с.

51. Летние доильные площадки. Рекомендации производству по устройству и эксплуатации. АСХИ и АНИПТИЖ, Барнаул, 1987, 44с.

52. Литвин A.M. Теоретические основы теплотехники / A.M. Литвин. М.: Энергия, 1969.

53. Машиностроительные материалы: Кратк. Справ. / В.М. Раскатов, B.C. Чуенков, Н.Ф. Бессонова, Д.А. Вейс. М.:. Машиностроение, 1980. -511 с.

54. Марьяхин Ф. Невакуумированные резервуары-охладители с применением естественного холода / А. Учеваткин, А.Мусин, Сельский механизатор, №4, 2006.

55. Мельников С.В. Технологическое оборудование животноводческих ферм и комплексов 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Агропромиздат, 1985.-640 с.

56. Методические рекомендации по определению технико-экономического уровня машин для животноводства. УкрНИИМЭСХ. Киев, 1983.-81 с. 40

57. Мещереков Б.С. Доение коров на пастбищах // Б.С. Мещереков, М. Харитонов. Техника в сельском хозяйстве. № 4, 1972, с 31-33.

58. Минанков И.А. Экономика отраслей АПК / И.А. Минанков. М.: «КолосС», 2004. 464 с.

59. Миндрин A.C. Энергоэкономическая оценка сельскохозяйственной продукции / A.C. Миндрин. М.: ВНИЭТЦСХ, 1997. - 187с.

60. Мовсиянец А.П. Использование сеяных и естественных пастбищ / А.П. Мовсиянец. -М.: «Колос», 1976. 272с.

61. Молочное скотоводство на культурных пастбищах / под ред. Н.Г. Андреева.- М.: Россельхозиздат, 1976. 299с.

62. Морозов В.В. Лабораторный практикум по основам научных исследований. Учебное пособие / В.В. Морозов, Д.В. Гуляев, С.О. Антипов. -Великие Луки.: РИЦ ВГСХА, 2008. 110 е., ил.

63. Морозов В.В. Основные понятия о математическом планировании и подготовке к проведению многофакторных экспериментов. Методическое пособие (часть 1) / В.В. Морозов, И.Б. Зимин, Д.В. Гуляев. Великие Луки.: РИЦ ВГСХА, 2005. - 63 е., ил.

64. Морозов Н. М. Программа и методика проведения исследований по разработке систем машин для комплексной механизации животноводства / Н.М. Морозов. М.: ИК «Родник», // Аграрная наука, 1999, 228с.

65. Мурусидзе Д.Н. Технология производства продукции животноводства / Д.Н. Мурусидзе. В.Н. Легеза, Р.Ф. Филонов. М.: «КолосС», 2005. -431с.

66. Налимов В.В. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов / В.В. Налимов, H.A. Чернова. М.: Наука, 1965. - 340с.

67. Никитин В.Н. Пастбищный центр // В.Н. Никитин, В.А. Седунов, В.Н. Фатеев. Животноводство, №8, 1982, с. 21-22.

68. Новик Ф.С. Оптимизация процессов технологии методами планирования экспериментов / Ф.С. Новик. М.: Машиностроение, 1980. - 69с.

69. Носов М.С. Механизация работ на животноводческих фермах / М.С. Носов. -М.: ВО"Агропромиздат", 1992. 416 с.

70. Обоснование эффективных технологий производства молока в летний период на фермах в зональном разрезе (методические рекомендации). — М.: ЦНТИПР Госагропрома РСФСР, 1988. 48с.

71. Общесоюзные нормы технологического проектирования ферм крупного рогатого скота. ОНТП 1-77, МЮ 1977. 116с.

72. Общетехнический справочник / Е.А. Скороходов, В.П. Законников, А.Б. Пакнис и др. — М.: Машиностроение, 1989. — 512 с.

73. Организация производства на предприятиях АПК / Ф.К. Шакиров С.И. Грядов, А.К Пастухов и др. М.: Колос, 2003. - 224 с.

74. Организационно технологические мероприятия по производству молока в летний пастбищный период. Методические рекомендации. Красноярск, 1986. 32с.

75. Основы планирования эксперимента в сельскохозяйственных машинах. ВИСХОМ. Руководящий технический материал. — М., 1974. — 107с.

76. Палкин Г.Г. Молочные и доильно-молочные блоки на фермах и комплексах / Г.Г. Палкин, Ю.Н. Ковалев. М.: Росагропромиздат, 1990. -160с.

77. Панченко Ф.А. Летнее содержание крупного рогатого скота / Ф.А. Панченко, П.Е. Юрченко, В.Н. Шевченко. // Техника в сельском хозяйстве.- №7, 1978.-с 51-53.

78. Пастбищное содержание коров в Ленинградской области / Смирнова М., Марк И., Смирнова В., Техника и оборудование для села, №1,2007.

79. Патент № 95974 RU МПК А23С 3/02 Мобильное устройство для транспортировки молока / Герасимова O.A., Шилин В.А., Гусейнов Р.Г. (RU). № 2010103302/22, заявлено 01.02.2010, опубликовано 20.07.2010, бюл. №20.

80. Перспективные организационно — технологические и технические решения производства молока в летний период для хозяйств НЗ РСФСР. М.: ЦНТИПР Госагропром РСФСР, 1988. 60 с.