Комплексная механизация молочно-товарной фермы

                                                     Q=c_в(t_г-t_х)m_в                                                          (31) 

где  c_в – теплоемкость воды, Дж/(кг×К^о)

            t_г  - температура подогретой воды, ^оС

            t_х  - температура холодной воды, ^оС

            m_в – масса суточного расхода воды, кг

        c_в=4187 Дж/(кг×^оК)

        t_г =18 ^оС

        t_х = 6 ^оС

          m_в определим через суточный расход воды для коров и нетелей

                                                                              m_в=(q_к×n_к+q_н×n_н)×r_в                                                (32) 

где q_к  - норма потребления воды на одну корову, л/сут.

           q_н  - норма потребления воды на одну нетель, л/сут.

           n_к  - количество коров

           n_н  - количество нетелей

       r - плотность воды, кг/л

       q_к  - 43 л/сут.(таблица 1,1/7/)

           q_н  - 33 л/сут.(таблица 1,2/7/)

           n_к  - 200

           n_н  - 50

       r - 1 кг/л 

m_в=(43×200+33×50)×1=10250 кг/сут. 

Q=4187×(18-6)×10250=515 МДж/сут.  

Найдем время  за которое один ТЭН мощностью  N=1 кВт сможет нагреть это количество воды: 

      t=Q/N        (33)

t=515 × 10⁶/10³=515 × 10³ c

Это будет 143 часа с одним ТЭНом. А нам нужно  согреть за 24 часа, т.к. коровы употребляют  воду в течении всех суток (таблица 8.4/3/). Количество ТЭНов будет: 

n_ТЭН=143/24=6 шт

А у нас имеется  всего 3 ТЭНа. Это говорит о том, что три автопоилки АГК-4А с  ТЭНом мощностью 1кВт не смогут быстро и качественно подогреть воду за сутки. Если же установить ТЭНы мощностью 2 кВт, то

t=515 × 10⁶/2×10³=257,5 × 10³ c

n_ТЭН=257,5 × 10³ /(24×3600)=3 шт 
 
 

 Т.е.  потребуются всего три автопоилки  АГК-4А, что соответствует нормам  поения одной поилкой в 100 голов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4.3 Описание  работы машины 
 

АГК-4А  предназначена для поения крупного рогатого скота при беспривязном содержании. Ее можно устанавливать внутри помещений и на выгульных площадкаx.

Особенностью  данной автопоилки является то, что, она  снабжена устройством для подогрева  воды.

При поении животных холодной водой значительное количество энергии расходуется не на образование продукции, а на нагревание принятой воды, для компенсации которого требуется дополнительный корм.

Принцип работы групповой автопоилки с электроподогревом  воды АГК-4А основан на поддержании  необходимого уровня воды в поильной чаше и ее температуры в заданных пределах.

Уровень воды в поильной чаше поддерживается посредством клапанно-поплавкового механизма, который состоит из клапана, поплавка, регулировочного винта и системы рычагов. Для изменения уровня воды в поильной чаше нужно увеличить угол установки рычага и наоборот.

Нагрев  воды в поильной чаше осуществляется электронагревательным элементом, который включается периодически в зависимости от изменения температуры воды посредством терморегулятора. Терморегулятор частично погружен в воду, что позволяет иметь ему ту же температуру.

Внутри  терморегулятора  расположен сильфон, который за счет формы и материала  может сжиматься и расширяться. Сильфон  заполнен спиртовой жидкостью, что дает возмож-ность изменять внутренний объем при изменении температуры воды в поильной чаше.

При повышении  температуры воды в поильной чаше  происходит увеличение объема сильфона, за счет расширения спиртовой жидкости и при определенной температуре наконечник сильфона нажимает на микровыключагел  что приводит к размыканию электрической цепи электронагревательного элемента.

При остывании  воды в поильной чаше спиртовая жидкость в сильфоне  сжимается и электрическая  цепь замыкается.

Регулирование температуры воды в диапазоне 4-18°С достигается вращением регу-лировочного болта, который изменяет расстояние между микровыключателем, и нако-нечником сильфона. Для увеличения температуры воды регулировочный болт необходимо повернуть по часовой стрелке, а для уменьшения - против часовой стрелки.

В существующей автопоилке АГК-4А электронагревательный элемент сначала нагревает воздух, а воздух далее нагревает воду. При этом неизбежны потери тепла через стенки с которыми соприкасается нагретый воздух. Я предложил поместить электронагре-вательный элемент непосредственно в воду и рассчитал возможность нагрева воды стандартной поилкой с ТЭНом на 1 кВт с 6 ^оС до 18 ^оС. Получилось, что автопоилка АГК-4А не сможет нагревать воду за требуемый промежуток времени 24 часа на обслуживаемое поголовье в 100 коров. Я предложил поставить электронагревательный элемент на 2 кВт. С ним одна автопоилка АГК-4А сможет нагревать воду за требуемый промежуток времени 24 часа на обслуживаемое поголовье в 100 коров. 
 
 
 
 
 
 
 
 

5 ЭКОНОМИЧЕСКИЕ  ПОКАЗАТЕЛИ

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ГРУППОВОЙ АВТОПОИЛКИ 

В предыдущем пункте я предложил поместить  электронагревательный элемент непосредственно в воду и рассчитал возможность нагрева воды стандартной поилкой с ТЭНом на 1 кВт с 6 ^оС до 18 ^оС. Получилось, что автопоилка АГК-4А не сможет нагревать воду за требуемый промежуток времени 24 часа на обслуживаемое поголовье в 100 коров. Я предложил поставить электронагревательный элемент на 2 кВт. С ним одна автопоилка АГК-4А сможет нагревать воду за требуемый промежуток времени 24 часа на обслуживаемое поголовье в 100 коров.

При подогреве  воды уменьшаются потребление кормов на согревание тела коровы, охлаждаемой  выпитой холодной водой.

Теплота Q_к необходимая для согревания воды коровой до 18 ^оС:

      Q_к=Q- Q_ТЭН,  (34) 

 где   Q- теплота необходимая для нагрева суточного расхода воды, Дж;

      Q_ТЭН- теплота выделяемая тремя ТЭНами мощностью 1 кВт за сутки, Дж. 

           Q=515 МДж/сут.

                                                         Q_ТЭН=N× t                                                              (35)

где    N- мощность 3^х ТЭНов, кВт;

          t- число секунд в сутках.

          N=3 кВт

          t=86400 с.

Q_ТЭН=3000× (24×3600)=260×10⁶ Дж

Q_к=515- 260=255МДж

Эту теплоту  коровы вырабатывают, съедая дополнительный корм.

Необходимое количество теплоты на согрев воды на одну корову в сутки составит:

      q_к=Q_к/n_к   (36) 

где   n_к- количество коров;

         n_к=200.

q_к=255/200=1,28 МДж/сут

Количество  кормовых единиц на одну корову  необходимое  для создания этой теплоты будет:

      N_к.е.= q_к/q_к.е. (37)

где   q_к.е.- количество обменной теплоты(энергии) получаемой коровой из одной кормовой единицы,  МДж .

Так как  за одну кормовую единицу принят 1 кг овца среднего качества то, по таблице 16   (Животноводство/Е.А.Арзуманян, А.П.Бегучев, В.И.Георгиевский и др.;под ред. Е.А. Арзуманяна. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1991. – 512 с.)

     q_к.е=7,54 МДж

N_к.е.= 1,28/7,54=0,17корм.ед./сут.

Если же корова эти кормовые единицы вместо согревания воды использовала бы на выработку  молока то, ее суточный удой увеличился бы. По данным ИвановВ.А. ОбуховП.А. Справочник животновода молочной фермы и комплекса. – М.: Россельхозиздат, 1985. – 255с. при удое за год 2500 литров расход кормовых единиц на 1 кг молока составляет 1,35 корм.ед. Из этого следует, что одна корова, используя дополнительно 0,17 корм.ед. на создание молока увеличивает удой на 0,126 литров в сутки. Стадо в 200 голов будет давать на 25,2 литра больше молока в сутки.

На модернизацию поилки АГК-4А понадобятся три  ТЭНа по 2 кВт и опытный газосварщик для переделки корыта поилки. Стоимость новых ТЭНов примем 1500 руб., а оплату сварщику по договору 2000 руб. Суммарные расходы составят 3500 руб.

Расчетный годовой  экономический эффект, руб

      Э_г=(С_о-С₁)+Е_н(К_о-К₁)±Д₁ (38)

где   С_о – годовые издержки на эксплуатацию машин по старому варианту, руб.;

             С₁  - годовые издержки на эксплуатацию машин по новому варианту, руб.;

         Е_н – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений;

             К_о-К₁ – разница капитальных вложений в технику по старому и новому варианту, руб.;

              Д₁ – денежная оценка дополнительно полученной за год продукции при внедрении новой машины, руб.

     Основные  годовые издержки составят затраты  на электроэнергию. При 24 часовой  работе в течении 210 дней со стоимостью 1 кВт-ч=0,85 руб. для предприятий они составят:

         С_о=24×210×3×0,85=12852 руб.

При использовании 2 кВт ТЭНов:

          С₁=24×210×6×0,85=25704 руб.

          Е_н = 0,12 (страница 171/2/)

 Разница капитальных  вложений в технику по старому и новому варианту будет равна суммарным расходам на модернизацию

         К_о-К₁=3500руб.

Денежная оценка дополнительно полученной за год  продукции при внедрении новой  машины будет равна стоимости  дополнительного удоя молока за период использования поилки 210 дней.

      Д₁ = m_д×210×z,  (39)

где   m_д – дополнительный удой в сутки, кг;

        z – стоимость одного литра молока, руб.

        m_д =25,2 кг

        z = 5 руб.