Научно-техническое обоснование технологии и средств механизации приготовления кормовых гранул и брикетов с заданными физико-механическими свойствами

ХХУ1 съезд Коммунистической партии Советского Союза в качестве главной задачи одиннадцатой пятилетки определил обеспечение дальнейшего роста благосостояния советского народа /I/. На современном этапе среди вопросов повышения уровня жизни советских лвдей первостепенное значение приобретает улучшение снабжения продовольствием. Поэтому майский (1982 г.) Пленум ЦК КПСС предусмотрел осуществление специальной продовольственной программы.

Ведущую роль в решении продовольственной программы должна сыграть наука, перед которой поставлена задача осуществить дальнейшее развитие исследований, открывающих цринципиально новые пути и возможности для преобразования производительных сил страны, создания техники и технологии будущего. Указанное требование в полной мере относится к развитию сельскохозяйственной науки, одним из магистральных направлений которой на современном этапе является осуществление разработок, обеспечивающих перевод производства сельскохозяйственной продукции на промышленную основу, в том числе и продукции животноводства.

Одним из основных условий успешного перевода животноводства на промышленную основу является прочная кормовая база. Поэтому перед сельским хозяйством поставлена задача осуществить крупные меры по ее созданию. К таким мерам в частности относятся: ускорение перехода к комплексной механизации работ в кормопроизводстве и приготовлении кормоввнедрение гранулирования и брикетирования кормовстроительство колхозных, совхозных и межхозяйственных цехов и заводов по приготовлению кормовых гранул и брикетовсоздание в каждом колхозе и совхозе страховых запасов кормов, наиболее подходящими из которых являются гранулированные и брикетированные.

Сельскохозяйственной наукой и практикой доказана высокая эффективность применения гранулированных и брикетированных кормов и возможность полного перевода животных, птицы, и рыб на кормление гранулами или брикетами.

Выполненные до настоящего времени исследования в области гранулирования и брикетирования кормов сводились, как правило, к разработке и обоснованию технологических приемов и средств, обеспечивающих получение кормовых гранул и брикетов максимальной прочности при минимальных затратах энергии и максимальной производительности оборудования. Мевду тем в последние годы зоотехническая наука все больше выдвигает требование о необходимости производства кормовых гранул и брикетов, отвечающих физиологическим запросагл животных не только по их питательности, но и по механическим свойствам.

Стремление иметь кормовые гранулы и брикеты с механическими свойствами, обеспечивающими минимально допустимый расход энергии животными на их потребление и максимальную продуктивность при наименьших затратах кормов, очевидно должно стать основной предпосылкой дальнейшего развития технологии и средств механизации для гранулирования и брикетирования кормов. В перспективе кормовые гранулы и брикеты должны отвечать определенным стандартным требованиям как по питательности, так и по механическим свойствам. В связи с этим требуется заранее прогнозировать их качество по биологическому составу, технологии получения и, при необходимости, производить его регулирование.

Приготовление и скармливание стандартизованных по питательности и механическим свойствам кормов стало особенно необходимо при переводе производства продукции животноводства на промышленную основу. Характерные для промышленного животноводства высокая концентрация и групповое содержание животных создают возможность применения кормов одинакового состава, приготовление которых можно осуществить с применением промышленной технологии, а раздачу и регулирование нормы выдачи механизировать или автоматизировать.

Современные отечественные технологические линии гранулирования и брикетирования кормов, созданные на базе выпускаемых промышленностью прессов-грануляторов и брикетировщиков, имеют производительность в 2.3 раза меньше требуемой. Поэтому в проектах Государственных перспективных планов развития техники (см." Проект системы машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства на 1981.1990 годы", часть П, животноводство) предусматривается создание грануляторов травяной муки и брикетировщика кормов с производительностью 5, а отдельные ученые рекомендуют даже 6.8 т/ч /131/.

Внедрение гранулирования и брикетирования кормов — многоплановая научно-практическая проблема. Она затрагивает не только вопросы физиологии пищеварения и кормления сельскохозяйственных животных, птицы и рыб, совершенствования технологии приготовления кормов, ускорения перевода животноводства на промышленную основу, но и отдельные вопросы социально-экономического развития сельскохозяйственного производства.

Решение проблем гранулирования и брикетирования кормов требует подготовки специальных кадров высокой квалификации, концентрации и специализации производства кормов, совершенствования структуры посевных площадей, привлечения в сельскохозяйственное производство значительных энергетических ресурсов в виде топлива и электроэнергии. Всё это в конечном счете сказывается на государственных планах развития. Поэтому совершенствование технологии производства кормовых гранул и брикетов, отвечающих требованиям физиологии кивотных, и разработка высокопроизводительного оборудования, обеспечивающего гранулирование и брикетирование кормов в оптимальные сроки с высоким качеством, имеют народнохозяйственное значение.

Задачи по разработке научных основ прогнозирования и способов регулирования механических свойств кормовых гранул и брикетов, по совершенствованию существующих и разработке новых технологий гранулирования и брикетирования кормов, по созданию и исследованию резшмов работы высокопроизводительного оборудования для гранулирования кормов, а также способов и средств оперативного контроля качества гранул и брикетов поставлены перед автором и Научно-исследовательской лабораторией гранулирования и брикетирования кормов, руководителем которой он является, Государственным комитетом Совета Министров СССР по науке и технике (Постановления й 313 от 30 июня 1972 года и 0> 286 от 22 июля 1981 г.) /П.1.1.1 и П. 1.1.2/ и Министерством сельского хозяйства СССР (Приказ № 408 от 25 ноября 1971 г.) /П.1.1.3/.

Настоящая диссертационная работа посвящена решению указанных задач. В ней использованы некоторые фрагменты кандидатской диссертации автора «Экспериментально-теоретическое исследование рабочего процесса пресса-гранулятора травяной муки» (см. 1.4.4, 2.2.4, 2.2.5), а также материалы самостоятельно или совместно выполненных работ /8,II.15,142,172.175,247/ и под руководством автора кандидатских диссертаций В. Я. Лысенко /144/, М.В.Ореш-киной /183/ и С. ВЛелышевым /246/. Однако основные идеи и направления теоретических исследований, обоснование методических подходов к их реализации и экспериментальной проверке принадлежит автору данной работы.

Целью настоящей диссертационной работы является теоретическое обобщение исследований в области гранулирования и брикетирования кормов с учетом физиологии кормления сельскохозяйственных животных и на этой основе обоснование и разработка более прогрессивных технологий и средств механизации, обеспечивающих при меньших затратах энергии, труда и средств приготовление кормовых гранул и брикетов с заданными физико-механическими свойствами, которые позволяют получить максимальный выход животноводческой продукции при минимуме расхода кормов и снизить их физические потери в процессе производства.

На защиту выносятся предложенные в результате обобщения новые или усовершенствованные технологии, технологические приемы и средства механизации приготовления кормовых гранул и брикетов, а также обоснование прочностного показателя оценки их качества, система прогнозирования и способы регулирования.

Народнохозяйственное’значение диссертационной работы заключается в том, что предложенные автором теоретические и экспериментальные разработки обеспечивают снижение затрат энергии, труда и средств на приготовление кормовых гранул и брикетов, а их использование позволяет значительно увеличить выход животноводческой продукции и снизить расход кормов.

Автор выражает свою признательность и благодарность сотрудникам Рязанского СХИ, оказавшим помощь в подготовке диссертации к защите.

1. состояние проблемы и разработка научнотехнологических основ процесса приготовления кормовых гранул и брикетов с заданными прочностными свойствами.

С целью решения продовольственной программы страны ХХУ1 съездом КПСС поставлена задача довести в одиннадцатой пятилетке среднегодовое производство животноводческой продукции до следующих размеров: молока 97.99 млн. тонн, мяса 17.17,5 млн. тонн, яиц 72 млрд. штук и шерсти 470.480 тыс.тонн. Это на 12.14 $ больше, чем в предыдущей пятилетке. Значительное количество из этой продукции предусматривается получить на промышленных комплексах и птицефабриках /I/.

Достичь такого высокого уровня производства животноводческой продукции можно двумя путями: увеличением поголовья животных и птицы и повышением их продуктивности. В системе мер по повышению продуктивности животных и птицы за счет кормовых факторов можно выделить три последовательных этапа:

1 — переход на кормление полнорационными кормосмесями, сбалансированными по питательным веществам и витаминам-:;

2 — кормление этими же кормами в гранулированном или брикетированном виде;

3 — кормление гранулированными или брикетированными кормами с оптимальными прочностными свойствами.

В этой системе мер первые два этапа широко внедряются в сельскохозяйственное производство. Переход к третьему этапу в настоящее время не подготовлен ни зоотехнической, ни технической науками. Между тем накопленный практикой кормления опыт позволяет утверждать, что максимальный выход животноводческой продукции при минимуме затрат кормов может быть достигнут только на гранулированных или брикетированных кормах с определенными прочностными свойства!®-. Поэтому дальнейшее развитие кормопроизводства и кормоприготовления не мыслимо без совершенствования таких процессов как гранулирование и брикетирование кормов.

В разработке современных технологий и оборудования для гранулирования и брикетирования кормов преобладает тенденция получения кормовых гранул и брикетов максимальной прочности при минимуме затрат энергии. Запросы животных к механическим свойствам кормовых гранул и брикетов при этом, как правило, не учитываются. Поэтому с целью обоснования дальнейшего развития технологии производства кормовых гранул и брикетов, обеспечивающих допустимый минимум затрат энергии животными на их поедание, нами проведены соответствующие научные исследования, результаты которых представлены в настоящем разделе диссертации.

ВЫВОДЫ И РЖОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ.

1. Количество энергии, затрачиваемое животными на пережевывание кормов при приеме и жвачке, зависит от их вида, степени измельчения и прочностных характеристик. Больше всего энергии расходуется коровами на механическую обработку сена и резки, так как при этом разрушается структура частиц, и значительно меньше на обработку гранул и брикетов. С увеличением прочности кормовых гранул и брикетов затраты энергии животными на их механическую обработку возрастают. У коров они колеблются от 22,7 кДж/кг цри поедании гранул до 592 кДж/кг при поедании сена из овеяногороховой смеси, что от обменной энергии корма составляет соответственно 0,41 и 11,92 $.

Продуктивность животных при равных условиях больше, а удельный расход кормов меньше в том случае, когда на пережевывание кормов животные тратят меньше энергии. Поэтому каждому виду и возрасту животных необходимо приготавливать и скармливать кормовые гранулы и брикеты с определенной прочностью, обеспечивающей физиологически необходимый, обусловленный жвачкой минимум затрат энергии на их механическую обработку.

2. В качестве оценочного показателя качества кормовых гранул и брикетов рекомендуется использовать прочность, которая характеризуется для брикетов предельным напряжением среза, а для гранул — предельным напряжением сжатия. Эти виды деформации наиболее полно отражают условия разрушения кормовых гранул и брикетов жевательным аппаратом животных. Оптимальные разрушающие напряжения брикетов для коров составляют 1,25.1,40, гранул для овец — 1,9.2,0 и для свиней — 0,61.0,62 МПа.

Прочность брикетов или гранул оцределяется силой связи частиц, которая зависит от ботанического и химического состава кормов, технологических факторов и условий прессования. Прочность монолитов, прессуемых из кормовых смесей, можно прогнозировать заранее по прочности монолитов, приготовленных из отдельных компонентов с учетом их массовой доли и технологии получения (формулы 1.3.3, 1.3.4, 1.3.7). С этой целью предложена технологи ческая модель, входными параметрами которой являются влажность, температура, гранулометрический и ботанический состав, давление и скорость прессования, а выходными — прочность гранул и брикетов (сила связи частиц в спрессованных монолитах) и удельная энергоемкость прессования.

3. Технологическое регулирование црочности получаемых монолитов из кормовых смЕсей рекомендуется осуществить изменением режимов работы прессующего оборудования, изменением соотношения компонентов в смеси, введением компонента-регулятора в сухом или жидком виде и изменением степени измельчения выбранных для регулирования компонентов. Отклонение расчетных характеристик прочности, найденных по разработанным формулам 1.3.23, 1.3.26, 1.3.34, 1.3.38, от экспериментальных не превышает 2,5 $ за исключением регулирования изменением степени измельчения, при котором погрешность достигает 10,7 $.

Прочность получаемых монолитов с повышением давления прессования увеличивается по логарифмическому закону (формула 1.3.49).

4. В состав гранул и брикетов для кормления сельскохозяйственных животных входят корма сено-соломистые, зерновые и животного происхождения, а также минеральные добавки. Наиболее трудно прессуются соломистые корма, имеющие трубчатое строение стебля, более грубый помол, повышенную влажностьбольшие значения коэффициентов трения и углов естественного откоса. Они требуют для прессования более высоких давлений.

Для всех исследованных кормовых материалов характерно, что значения внутреннего статического коэффициента трения больше внутреннего динамического и внешнего статического больше внешнего динамического (по стали). В свою очередь внутренние коэффициенты трения, как правило, больше внешних (по стали). Повышение нормального давления, температуры и влажности кормовых материалов в пределах режимов прессования приводит к уменьшению коэффициентов трения, а повышение скорости перемещения — в большинстве случаев к увеличению.

У разных видов кормов влажностью 13. 16 $ численные значения внутренних статических коэффициентов трения колеблются в пределах О, 4.1,0, внутренних динамических — в пределах 0,25.О, 7, а внешних статических и динамических (по стали) — соответственно в пределах 0,2.0,7 и 0,1.0,4.

5. Экспериментально установлено, что увеличение влажности, температуры и объемной массы кормов вызывает увеличение коэффициентов температуропроводности, теплопроводности и удельной теплоемкости. Причем у сено-соломистых и зерновых кормов это проявляется более значительно, чем у коршв животного происхождения. Температурой самовозгорания кормовых материалов в процессе нагрева следует считать 185 °C. При скоростном нагреве на греющих поверхностях: температурой свыше 230.250°С может произойти поджаривание кор-аа. Во избежание этого следует осуществлять перемещение кормовых материалов относительно греющих поверхностей и перемешивание.

6. Повышение влажности и температуры корма при прессовании вызывает увеличение коэффициентов бокового распора и ускорение релаксационных цроцессов в спрессованных монолитах. При этом основная часть релаксации напряжений протекает в течение примерно 0,2 с. Совместное действие теплоты и влаги вызывает интенсивное проявление пластических свойств в кормовых материалах и снижение давления прессования. Относительно более медленно протекают релаксационные процессы в сено-соломистых материалах, что вызывает необходимость более длительной обработки их давлением.

7. Кондиционирование кормовых материалов перед прессованием более эффективно осуществлять гидротермическим способом, который включает увлажнение до заданной влажности, нагрев до заданной температуры и перемешивание с целью равномерного распределения теплоты и влаги в массе корма. Рабочий процесс кондиционера-смесителя, разработанного для этих целей, необходимо организовать таким образом, чтобы нагрев кормового материала происходил преимущественно кондукцией за счет соприкосновения с горячими стенками камеры гидротермической обработки, а перераспределение теплоты в массе корма — вынужденной конвекцией. Повышение влажности и температуры корма приводит к увеличению энергоемкости процесса кондиционирования, а увеличение подачик уменьшению. Кинематический режим кондиционера-смесителя необходимо выбирать таким образом, чтобы обеспечить соприкосновение ковдиционируемого материала со всей поверхностью нагрева. Это обеспечивает наилучшие условия тепло-массообмена и соответственно минимальную энергоемкость кондиционирования. Угол постановки лопастей на валу кондиционера рекомендуется выбирать в пределах 1,13.1,22 рад.

Время пребывания корма в камере гидротермической обработки не должно превышать времени его нагрева. Допустимой температурой стенок камеры гидротермической обработки следует считать 230.250°С, а оптимальной температурой нагрева корма 60.70°С. Кратковременный нагрев кормовых материалов (7.10 с) до указанной температуры практически не вызывает потерь питательных веществ и витаминов, а соприкосновение с горячей поверхностью кондиционера-смесителя оказывает стерилизующее действие. При гидротермическом кондиционировании в 1,4.1,6 раза повышается Производительность пресса и на 30.35 $ снижается крошимость гранул по сравнению с кондиционированием холодной водой в 2,0. 2,2 раза снижаются затраты труда по сравнению с кондиционированием паром.

8. Работа при прессовании затрачивается на сжатие материала, сталкивание его с площадок перемычек перфорированных матриц, на выталкивание спрессованных монолитов из прессовальных каналов и отламывание от них гранул и брикетов (формула 2.2.1). В црессах рациональной конструкции работа затрачивается преимущественно на сжатие. С этой точки зрения предложенные прессы типа матрица-матрица (авторское свидетельство № 235 482), валец-матрица-валец (авторское свидетельство Л 524 708) и валец-мат-рица-охватывающее кольцо (авторское свидетельство № 616 155) выгодно отличаются от существующих типа 0 ГМ, 0ПК, ДГ и ПЕС. Соотношение размеров рабочих органов этих црессов из условия лучшего захвата прессуемого материала предлагается определять по формулам 2.2.5, 2.2.22 и 2.2.23.

9. Давление выталкивания монолитов из конических каналов матриц распределяется по степенному закону (формула 2.2.68).

Давление на перемычках перфорированной матрицы зависит от уровня давления над отверстиями прессовальных каналов, толщины слоя прессуемого материала, его физико-механических и реологических свойств, параметров и расположения прессовальных каналов (формула 2.2.43). При двустороннем прессовании рациональной формой каналов матриц является усеченный конус с углом наклона образующей несколько меньше угла трения. Энергоемкость выталкивания спрессованных конусных монолитов по сравнению с цилиндрическими минимальна. В перфорированных матрицах вальцовых прессов с односторонним прессованием рациональной формой прессовальных каналов является цилиндрическая с экспоненциальной заходной частью (авторское свидетельство № 791 794), расширяющейся к началу канала и обеспечивающей минимальную энергию трения на её поверхности и соответственно минимальный и более равномерный износ. Начальный угол раствора канала зависит от коэффициентов трения и бокового распора прессуемого материала и определяется по формуле 2.2.82.

9. Наиболее равномерная загрузка пресса типа матрица-матрица и его матрицы по ширине достигается при двухсторонней подаче корма шнеками с использованием трехлопастного распределителя (авторское свидетельство № 871 088). Увеличение или уменьшение зазора между рабочими органами прессов по отношению к оптимальному приводит к увеличению энергоемкости, а в последнем случае и давления прессования. Поэтому в конструкциях прессов необходимо предусматривать регулирование зазора на ходу (авторское свидетельство № 489 655), что позволит оперативно выбирать его оптимальную величину по загрузке пресса. С целью увеличения долговечности работы прессов подшипниковые узлы необходимо выносить за пределы камеры прессования. При этом значительно снижается их температура и расход смазки.

10. Основной причиной образования крошки достаточно прочных кормовых гранул и брикетов цилиндрической формы в процессе транспортирования является наличие острых кромок на стыке их торцевых и продольных поверхностей. В результате обламывания этих кромок образуются закругления или галтели. Наибольшее количество крошки образуется в начальный период транспортирования, так как при этом обламывается наименее прочная часть острых кромок. Оптимальной формой кормовых гранул и брикетов следует считать усеченный конус с галтелями или закруглениями в местах перехода от торцевых к боковым поверхностям, так как при этом достигается минимум затрат энергии на выталкивание их из прессовальных камер и минимум крошимости. Наименьшая крошимо с ть цилиндрических гранул или брикетов наблвдается. при длине, равной 1,5.2,5 и радиусе галтели 0,10.0,15 их диаметра.

11. Интенсивнее всего крошение гранул или брикетов происходит в приборах, рабочие поверхности которых выполнены из металлической сетки. Рациональной конструкцией установки, осуществляющей механическое кондиционирование кормовых гранул или брикетов путем разрушения их сотрых кромок и отсева крошки, является сетчатый барабан с прикрепленной к внутренней поверхности сетчатой спиралью (авторское свидетельство? 652 981). На этой установке возможно одновременно с механической обработкой гранул и брикетов осуществлять оперативный контроль за их крошимо с тью и определять коэффициент грануляции непосредственно в производстве.

На быстроту и качество обработки гранул оказывают влияние длина и частота вращения сетчатого барабана, шаг сетчатой навивки и величина подачи. С увеличением длины барабана и частоты его вращения до оцределенных пределов крошимость возрастает, а с увеличением шага и подачи — снижается. При производстве гранул для кроликов на оборудовании 0ГМ-0,8А достаточными являются диаметр 0,3 и длина 1,2 м сетчатого барабана, шаг 40 и высота 50 мм сетчатой спирали, а оптимальная частота вращения 65 об/мин. Применение механического кондиционера с указанными параметрами снижает крошимость гранул на 31%.

12. В технологии гранулирования соломистых кормосмесей, предназначенных для откорма крупного рогатого скота, необходимо предусмотреть измельчение соломы до средних размеров частиц 10. 17 мм, а в матрицах прессов прессовальные каналы диаметром 20 мм и различной длиной для выравнивания качества получаемых гранул.

Получение водостойких гранул для карповых рыб возможно осуществить влажным способом на двухчервячных прессах при влажности комбикорма 29.30%. В технологии получения гранулированных кормов малькам рыб и форели необходимо предусмотреть тонкое измельчение компонентов, изготовление крупки и обогащение жиром путем введения его в смесь до прессования и пропиткой готовых гранул.

Монолиты удовлетворительного качества получаются из смесей сухих животных кормов, содержащих костную, мясокостную и кровяную муку. С целью гранулирования любого вида сухих животных кормов в технологии необходимо предусматривать универсальное оборудование с прессами типа валец-матрица-валец или валец-матрица-охватывающее кольцо, осуществляющими двухстороннее сжатие. Лучшего качества гранулы из сухих кормов дляпушных зверей получаются при кондиционировании паром с введением в их состав до.

6 $ декстрина.

Гранулирование полнорационных кормов кроликам, кондиционированных холодной водой, наром или гидротермическим способом рекомендуется осуществлять на оборудовании типа ОГМ при установке на него матриц с диаметром прессовальных каналов 5 мм и длиной 35.40 мм. Регулирование прочности гранул для кроликов эффективнее производить изменением соотношения компонентов смеси.

13. В результате разработки и обоснований предлагаемых технологий гранулирования и брикетирования кормов установлено, что наилучший эффект производства может быть получен при совместном использовании таких технологических приемов, как гидротермическое кондиционирование кормов перед прессованием, двухстороннее прессование кормосмесей, механическое кондиционирование гранул и брикетов. Совокупным применением для выполнения указанных приемов электрического кондиционера-смесителя, прессов типа матрица-матрица, валец-матрица-валец, валец-матрица-охватывавдее кольцо и механического кондиционера гранул и брикетов можно достичь повышения производительности прессующего оборудования на 42.60, уменьшения энергоемкости прессования на 24.43, снижения крошимости гранул на 31.38 $ и уменьшения затрат труда более чем в два раза.

14. В обследованном брикетированном корме, приготовленном на оборудовании типа ПЕС и ОПК, содержится неспрессованной резки 26,68, брикетов оптимальной прочности 52,94 и брикетов повышенной прочности 20,38 $. Скармливание молочным коровам каждой тонны брикетов оптимальной прочности по сравнению с полученным на указанном оборудовании брикетированным кормом позволяет увеличить выход молока на 47,1 л, что в стоимостном виражении составляет 14,83 руб. Применение соломистых гранулированных кормосмесей при откорме крупного рогатого скота повышает продуктивность на 17,6 $, снижает расход кормов на 18,73 $ и дает прибыль около 100 руб. от откорма каждого животного. Скармливание кроликам гранулированных полнорационных кормов снижает себестоимость получения одного центнера крольчатины на 17,81 руб. Применение при кормлении рыбы водостойких гранул снижает расход кормов на 20,2 $ и дает экономию 10,43 руб. на каждой тонне гранул.

Применение гидротермического кондиционирования кормов перед прессованием снижает себестоимость производства одной тонны гранул на 2,03 руб. Экономия от производства каждой тонны сухих животных кормов в гранулированном виде составляет 21.22 руб. Применение механического кондиционирования кормовых гранул путем разрушения их острых кромок и отсева крошки дает экономию в размере 1,2.Л, 4 руб./т.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

I. Полученные математические модели 3.1.7 и 3.1.8 можно использовать для расчета крошимости гранул и энергоемкости кондиционирования в зависимости от влажности, температуры и величины подачи кормовой массы. Минимальная крошимость гранул из кондиционируемого материала может быть достигнута при влажности 16%, температуре 60 °C и подаче кондиционера 400 кг/ч. При этом расчетные и экспериментальные данные близки по величине. По производительности пресса, затратам труда и качеству гранул гидротермическое кондиционирование значительно превосходит кондиционирование кормов холодной водой, незначительно уступая ему по затратам энергии. Преимуществами гидротермического кондиционирования по сравнению с кондиционированием паром являются: более высокая производительность пресса, меньшие затраты энергии и труда при несколько большей крошимости гранул.

2. Предложенные конструкции прессов типа матрица-матрица, валец-матрица-валец и валец-матрица-охватывающее кольцо работоспособны.

По производительности, удельным затратам энергии и труда, качеству гранул и брикетов эти конструкции превосходят отечественные прессы типа ОГМ, ДГ, 0ПК и ПБС. Прессы типа валец-матрица-валец и валец-матрица-охватывающее кольцо универсальны и обеспечивают регулирование плотности или прочности прессуемых монолитов изменением величины подачи.

3.Механический кондиционер гранул для кроликов, имеющий длину 1,2 и диаметр 0,3 м, шаз^етчатой спирали 40 и высоту 50 мм работоспособен и обеспечивает при производительности пресса типа ОГМ, равной 0,8 т/ч, снижение крошимости на 31%. Энергоемкость процесса механического кондиционирования гранул не превышает 0,5-^=3 .

4. В производственных условиях прогнозирование прочности гранул из смеси легко и просто осуществить, если известны масса, средний размер частиц и прочность гранул из отдельных компонентов. Регулирование прочности кормовых гранул можно осуществить как степенью измельчения компонентов, так и изменением их количества. При регулировании изменением степени измельчения необходимо учитывать упрочнение спрессованных монолитов с уменьшением размеров частиц црессуемых компонентов. Наиболее удобен для использования способ изменения количества компонента.

3.2. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕЩОВАШМ.

По результатам научных исследований, изложенных в настоящей диссертационной работе, осуществлялось лично или под руководством автора аспирантами и соискателями внедрение следующих разработок: вновь разработанных или усовершенствованных технологий гранулирования и брикетирования кормовновых способов и средств механизации, улучшающих технологию гранулирования и брикетирования кормовсистемы прогнозирования и способов регулирования прочностных свойств кормовых монолитоврекомендаций по улучшению технологий гранулирования и модернизации оборудования. В настоящее время внедрены в производство в широком масштабе или частично следующие технологии:

1 — гранулирования соломистых кормосмесей для откорма молодняка крупного рогатого скота (п. 3.2.1);

2 — гранулирования соломистых кормосмесей для откорма овец (п. 3.2.2);

3 — гранулирования полнорационных комбикормов для кроликов (п. 3.2.3, п. 3.2.II);

4 — брикетирования полнорационных комбикормов для нутрий (п. 3.2.4);

5 — гранулирования комбикормов для карпа (п. 3.2.5);

6 — гранулирования кормов для форели (п. 3.2.6);

7 — гранулирования сухих кормов для пушных зверей (п. 3.2.7);

8 — гранулирования или брикетирования сухих животных кормов (п. 3.2.8).

Технологии гранулирования кормов крупному рогатому скоту, овцам, кроликам и брикетирования нутриям во многом однотипны, но имеют свои особенности. Рассмотрим их на примере технологии гранулирования соломистых кормосмесей для крупного рогатого скота (рис. 3.2.1). В качестве компонентов в состав кормо-смеси входит измельченная солома, концентрированный корм, травяная мука и минеральные добавки.

Отделение подготовки соломы расположено в изолированном помещении, где размещен на стационаре электрифицированный кормораздатчик I марки КТУ-ЮА, выполняющий роль дозатора при подаче соломы в сушилку 3 и затем в модернизированную дробилку 4 марки ЗДУ-2. Если солома имеет влажность нкже 18%, то она измельчается без подсушки. При более высокой влажности производится подсушка соломы потоком нагретого воздуха, подаваемого двумя электрокалориферными установками 2 типа СФ0А-60.

Измельченная солома по трубопроводу 5 отсасывается из дробилки вентилятором циклона II, затем накапливается в двух бункерах 12 комплекта оборудования ОКЦ-15, в которых расположены ворошилки 31, предназначенные для предотвращения зависания ее при дозировании.

Поступающий на гранулирование зернофураж норией 43 и распределительным шнеком 45 по видам направляется в бункеры-накопители 44, оборудованные дозаторами 42. В определенном соотношении, предусмотренном рецептом кормосмеси, каждый вид зерна дозаторами подается сначала в сборочный шнек 41, затем в наклонный шнек 40, а из него в решетный стан 38 комплекта оборудования ОКЦ-15. Здесь зерносмесь ощищается от посторонних примесей и через вертикальный шнековый смеситель 37, норию 6, магнитную колонку 7 и шнек 10 подается в зерновые бункеры 34. Из них зерновыми дозаторами 35 смесь направляется в дробилку 36,.

8 /9 го.

Рис. 3.2.I. Технологическая схема-гранулирования соломистых кормосмесей крупному рогатому скоту где измельчается и через циклон 8 и шнек 9 поступает в первый мучной бункер 12.

Травяная мука россыпью из мешков загружается в шнек 39. и подается через решетный стан тем же путем, что и зерносмесь, во второй мучной бункер 12. Гранулированная травяная мука таким же способом загружается в мучной бункер, но предварительно пройдя измельчение в дробилке.

Измельченная солома, зерносмесь, травяная мука й другие добавки из бункеров дозируются дозаторами 33 и подаются на смешивание в нижний шнек 32, имеющий на конце лопасти 30. Полученная смесь вертикальным 28 и наклонным 15 шнека^направляется в бункер-накопитель 16 смеси^{комплекта} оборудования ОГМ.

Для доставки смеси на гранулирование может быть использована также пневматическая система загрузки оборудования ОГМ, включающая загрузочную горловину 29, всасывающий трубопровод 14 и циклоны 17. По этой пневмосистеме кормовая смесь тоже может доставляться в бункер-накопитель оборудования ОГМ. Из бункера-накопителя сухая смесь при помощи лопастного ворошителя 24 и шнекового дозатора 23 направляется в кондиционер-смеситель 26. Сюда же из установки 13 для дозирования добавок подаются минеральные вещества, из установки 27 водный раствор мелассы и из системы 18 вода.

Подготовленная к прессованию смесь питателем 25 направляется в пресс-гранулятор 22, где формируются гранулы, которые затем подаются на охладительно-сортировальную колонку 21. В ней происходит охлаждение гранул и отделение крошки. Крошка направляется на повторное гранулирование, а кондиционные гранулы норией 19 загружаются в ёмкость для хранения.

Особенностью технологической линии является то, что в ней применена в качестве измельчителя соломы любой влажности модернизированная дробилка КДУ-2 /248/. В дробилке стандартные молотки заменены на сегментные от жатвенных машин. Применен дву-заходный шнековый питатель пресса /247/ и матрица с диаметром прессовальных каналов 20 мм и различной их длиной для получения гранул одинаковой плотности /246/ (п. 3.2.16).

Технология .гранулирования соломистых кормосмесей для овец отличий от вышеописанной практически не имеет. Но оборудование для гранулирования в этом случае комплектуется матрицей с диаметром прессовальных каналов 10 мм.

Отличительной особенностью технологии гранулирования кормов для кроликов является то, что в ней предусмотрено гидротер-мнческое кондиционирование кормосмеси перед црессованием /183/ вместо увлажнения водой. При этом одновременно происходит нагрев корма и стерилизация, что имеет важное практическое значение как в повышении производительности оборудования, так и в уничтожении патогенной микрофлоры и уменьшении бактериальной загрязненности.

Применение электрического кондиционера-смесителя для кондиционирования (п. 3.2.17) позволило снизить затраты труда на производство гранулированных кормов на 50.80 $.

На прессе-грануляторе также применена матрица (авторское свидетельство В 791 794) с диаметром прессовальных каналов 5 гш (п. 3.2.18). Особенностью ее является то, что образующая заход-ной части прессовальных каналов выполнена в виде экспоненты /18/. Это позволило значительно снизить износ матрицы и увеличить долговечность ее работы на 37 $.

Предлагаемая технология брикетирования кормов для нутрий включает аналогичные операции подготовки кормосмеси к прессованию, что и технология гранулирования кормов для кроликов. Для прессования кормов по этой технологии предусмотрен вместо грануля-тора брикетировщик типа валец-матрица-охватыващее кольцо, выполненный по авторскому свидетельству № 616 155 /13/. Применение брикетированных кормов в кормлении нутрий позволяет значительно сократить потери кормов. Отработанная технология брикетирования кормов для нутрий принята Опытным проектно-конструктор-ским бюро НИИПЗК к внедрению (п. 3.2.4).

Первая, вторая и третья из указанных технологий и их варианты внедрялись через производственное управление сельского хозяйства Рязанского облисполкома в следующих хозяйствах: колхозах им. Крупской, им. Калинина, совхозах «Пронский», «Коммунист» и «Павловский», совхозе-техникуме «Варские-Шумашь», опытно-показательном хозяйстве «Полково» и учхозе «Стенькино». Общий экономический эффект за десятую пятилетку составил более 550 тыс. руб. (п. 3.2.2, п. 3.2.9-п.3.2.11).

Технология гранулирования соломистых кормосмесей для откорма молодняка крупного рогатого скота разрабатывалась по заказу совхоза «Коммунист» и учхоза «Стенькино», а для овецколхоза им. Калинина. По результатам исследований предложенной технологии с применением модернизации соответствующего оборудования для её осуществления разработаны рекомендации, одобренные и опубликованные Отделением ВАСХНИЛ по Нечерноземной зоне РСФСР (п. 3.2.1). Расчеты показывают, что применение этой технологии, выполненной на базе оборудования 0ГМ-0,8 и ОКЦ-15, может дать значительный экономический эффект /173/.

Технология гранулирования полнорационных комбикормов для кроликов реализована в семи хозяйствах Всероссийского производственно-научного объединения по звероводству «Зверопром» РСФСР совхозы «Кощаковский», «Еирюлинский» ," Раифский", «Майский», «Авангард», «Судиславский», опытно-показательное хозяйство «Родники»), а также в совхозе «Павловский» Рязанской области и других хозяйствах' страны. От применения гранулированных кормов, приготовленных по этой технологии, в 1979 году в системе «Зве-ропром» РСФСР получено 11 310 центнеров мяса кроликов. Общий экономический эффект составил 201,4 тыс. руб. (п. 3.2.3). Б совхозе «Павловский» на кролиководческом комплексе действует цех по приготовлению гранулированных кормов в течение 7 лет. Только за десятую пятилетку произведено 1952,2 т гранул, от скармливания которых получен общий экономический эффект 168,3 тыс. руб. (п. 3.2.II).

Научно-техническим советом Министерства сельского хозяйства РСФСР рассмотрены и рекомендованы к внедрению рекомендации по производству мяса кроликов на промышленной основе"одним из разделов которых является предложенная технология гранулирования кормов.

По заказу Научно-исследовательского института пушного звероводства и кролиководства разработана технология гранулирования кормов пушным зверям (норкам, лисицам и песцам) (п. 3.2.7). В этой технологии (рис. 3.2.2) предусмотрено гранулирование смеси растительных и животных кормов. Корма доставляются транспортными средствами I и сгружаются в завальную яму 2, откуда шнеком 3 подаются в решетный стан 4 оборудования ОКЦ-15.

Измельченные компоненты через вертикальный шнековый смеситель 7, норию 8, магнитную колонку 9 и шнек 10 направляются прямо в мучные бункеры 13. Неизмельченные компоненты тем же путем направляются в зерновые бункеры 32, из которых дозаторами 30 подаются. в дробилку 31. После измельчения они отсасываются вен.

9 10 11 12.

13 К 15 16 17 1 В 19 20.

Рис. 3.2.2. Технологическая схема гранулирования сухих кормов пушным зверям тилятором циклона II, из которого попадают в шнек 12, а из него в мучные бункеры. Добавки взвешиваются на весах 6 и через загрузочную горловину 5 шнека решетного стана подаются в вертикальный шнековый смеситель. Полученная смесь направляется в мучной бункер тем же путем, что и измельченные компоненты.

Из мучных бункеров компоненты в определенной пропорции подаются шнековыми дозаторами 29 через горизонтальный 28, вертикальный 27 л наклонный 14 шнеки в бункер 16 гранулятора 0ГМ-0,8. Возможен вариант загрузки пневмосистемой 26 с циклонами 15. Из бункера пресса кормовая смесь дозатором 24 направляется в смеситель 23, куда по паропроводу 25 вводится пар. Увлажненная и прогретая кормосмесь подается в пресс-гранулятор 22, где формируются гранулы, которые норией 17 транспортируются на охлаждение в охладительную колонку 18. После охлаждения гранулы поступают на решетный стан 21. На нем отсеиваются крошка и несгранулиро-ванный корм, которые отправляются на повторное прессование, а кондиционные гранулы транспортируются нориеьГ 19 в бункеры-накопители 20.

Сухие корт для песцов, лисиц и норок содержат много жира и плохо прессуются, гранулы из них получаются слабые. Поэтому особенностью технологии является то, что в качестве связующей добавки применен декстрин. Чтобы он максимально проявил свои склеивающие свойства, перед прессованием производится кондиционирование кормосмеси паром. Совместное действие декстрина и пара обеспечивают получение гранул хорошего качества даже из высокожирных кормов.

На современных мясокомбинатах, крупных промышленных комплексах по производству свинины и птицефабриках в настоящее время налажено производство срщх животных кормов. В их ассортименте наиболее распространена мясокостная мука. Кроме ее выпускается костная, кровяная и кератиновая мука. Все эти виды муки обладают малым временем релаксации напряжений и деформаций, но спрессованные из них монолиты резко различаются по качеству. Поэтому рекомендуется прессовать их в виде смесей.

Разработанная нами технология гранулирования сухих животных кормов принята Всесоюзным научно-исследовательским институтом мясной промышленности и рекомендовала к внедрению на мясокомбинатах (п. 3.2.8), (рис. 3.2.3).

Сухие животные корма по видам накапливаются в бункерах-накопителях I со сводоразрушителями 2, откуда в определенных пропорциях подаются дозаторами 3 в сборный шнек 4. Этим шнеком смесь доставляется в бункер 5, из которого шнековым дозатором 6 дозируется в кондиционер-смеситель 10. В него же из емкости 7 насосом-дозатором 8 через распылитель 9 подается связующее вещество. Добавка его осуществляется тогда, когда получаются гранулы или брикеты невысокой прочности.

Из кондиционера-смесителя подготовленная к прессованию смесь поступает в пресс II, где формируются гранулы или брикеты, которые загрузочным шнеком 16 подаются в охладитель 14. При этом в перфорированной части 13 загрузочного шнека происходит отделение крошки и несгранулированной муки, которая шнеком 12 доставляется в бункер на повторное прессование. Готовые гранулы или брикеты сначала накапливаются в бункере 15, а затем транспортным средством 17 подаются на хранение или приготовление в виде смесей с другими кормами.

Особенностью указанной выше технологии является применение сяхие животные корма § смесь сухи* жиботныхкорм№ связующие вещества и до5Ь6кц кондиционированная смесь сухцх животных иормоЗ Ьрцкеты сжк крошка.

Рис. 3.2.3. Технологическая схема гранулирования сухих животных кормов со ¦<2 О двухстороннего прессования корма на прессе типа валец-матрица-валец, что делает технологическую линию универсальной. Брикетный пресс названного типа выполнен по авторскому свидетельству № 616 155, имеет конические прессовальные камеры и на вальцах углубления для формирования торцов брикетов с закруглениями, что снижает их крошимость до минимума.

Гранулирование комбикормов для форели осуществляется по следующей технологической схеме (рис. 3.2.4). Комбикормовая смесь загрузочным шнеком I подается в вальцовый станок 2, где измельчается до заданных размеров частиц. Измельченный корм по пневмопроводу 3 засасывается вентилятором 5 в циклон 4, откуда после осаждения шлюзовым затвором 6 направляется в дозатор 8, который оборудован, сводоразрушителем 7 и шнеком 9. Из дозатора определенное количество кормосмеси, регулируемое заслонкой 12, подается в смеситель 14. В него может подаваться также или вода, которая насосом II сначала закачивается в бак 10, а оттуда дозируется вентилем 13, или пар через паровую систему, содержащую клапан 21, манометр 20, вентиль 22.

Кондиционированная в смесителе кормосмесь питателем 15 направляется в матрицу 17 и затем вальцами 19 запрессовывается в ее каналы. Сформированные монолиты по мере выхода из матрицы разделяются ножом 18 на гранулы, которые из кожуха 16 пресса отсасываются в охладитель 23. Пылевидные частицы собираются в пылесбор-нике 24. Охлажденные гранулы и пылевидные частицы выгрузным шнеком 29 направляются на сепаратор 28, где происходит отделение их и крошки от кондиционных гранул, которые норией 25 подаются или в хранилище или на измельчитель 26. В случае измельчения гранул производится отсев крупки заданных размеров на рассеве 27. соо го.

Рис. 3.2,4. Технологическая схема гранулирования кормов для форели.

Из рассмотренной технологии видно, что при гранулировании кормов для форели необходимо тонкое измельчение компонентов на вальцовом станке, а также получение из гранул крупки для кормления мальков. Часто в рационах кормления форели недостает жиров. В таких случаях предлагается вводить их или в кормосмесь перед прессованием или осуществлять пропитку готовых гранул.

Приведенная технология гранулирования кормов для форели получила внедрение во Всесоюзном научно-производственном объединении по рыбоводству (п. 3.2.6). На Конаковском живорыбном заводе Калининской области по этой технологии построен цех, на котором налажено производство гранулированныхкормов для форели и других рыб (п. 3.2.19).

Технология гранулирования комбикормов для карпа достаточно полно изложена в диссертационной работе В. Я. Лысенко /144/, выполненной под руководством автора. Особенностью этой технологии является то, что производство гранул осуществляется влажным способом на двухчервячном прессе-грануляторе типа СНП-300Н «Корм». Полученные гранулы влажностью 29.30 $ необходимо сушить, на что требуются соответствующие дополнительные затраты. Однако из-за более высокой водостойкости и меньших потерь корма от их применения получается значительный экономический эффект по сравнению с использованием в кормлении рыб гранулированных комбикормов сухого прессования. Результаты исследований этой технологии приняты.

ВНИИ прудового рыбного хозяйства для внедрения в производство (п. 3. 2.5).Технология позволяет получать плавающие и тонущие гранулы.

Кроме названных выше технологий и оборудования для гранулирования и брикетирования кормов, получивших в той или другой степени применение в производстве, приняты к внедрению Головным экспериментально-конструкторским институтом по машинам для переработки травы и соломы следующие разработки автора (п. 3.2.16):

— пресс-гранулятор кормов типа матрица-матрица, выполненный по авторским свидетельствам № 235 482,489655, 645 853, 781 088, 791 794;

— брикетный пресс типа валец-матрица-охватывающее кольцо, защищенный авторским свидетельством № 616 155;

— установка для механического кондиционирования кормовых гранул и брикетов, выполненная по авторскому свидетельству 652 981;

— рекомендации по дальнейшим перспективным направлениям исследований в области гранулирования и брикетирования кормов.

Таким образом из изложенного видно, что внедрение результатов научных исследований проводилось автором в направлении создания в хозяйствах цехов гранулирования и брикетирования кормов, передачи разработок головным институтам, а также опубликование и передача рекомендаций и документации заинтересованным организациям.

Применение предложенных технологий, оборудования и разработанных рекомендаций позволит в государственном масштабе получить значительный экономический эффект. 0 важности выполняемых работ, их новизне и достаточно высоком методическом уровне исследований может свидетельствовать тот факт, что в результате десять разработок автора признаны изобретениями.

С целью расширения научно-исследовательских работ в области гранулирования и брикетирования кормов Министерством сельского хозяйства СССР под руководством автора была организована научно-исследовательская лаборатория.

Все научно-исследовательские работы, представленные в настоящей диссертации, выполнялись или по заданию Государственного комитета по делам научи и техники при Совете Министров СССР, или по заказам ведущих институтов и конструкторских бюро страны.

К основным из них относится: Головной экспериментально-конструкторский институт по машинам для переработки травы и соломы, Опытное! проектно-конструкторское бюро Научно-исследовательского ¦ института пушного звероводства и кролиководства, Всесоюзный научно-исследовательский институт прудового рыбного хозяйства, Всесоюзный институт мясной промышленности, Всесоюзное научно-производственное объединение по рыбоводству. Кроме того, разработки по гранулированию и. брикетированию кормов были выполнены для целого ряда колхозов и совхозов Рязанской области.

Одним из видов внедрения является и то, что опубликованные по диссертации материалы использованы в учебной литературе для студентов факультета механизации сельскохозяйственных вузов /159/.

3.3. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОРМОВЫХ ГРАНУЛ И БРИКЕТОВ.

В диссертационных и других работах Лысенко В. Я. /144/, Мурованного В. А. /167/, Немтинова С. М., Орешкиной М. В. /183/ и Че-лышева C.B. /248/, выполненных под руководством автора, приведены подробные расчеты экономической эффективности разработанных технологий, технологических приемов и средств, улучшающих технологию приготовления кормовых гранул и брикетов. Согласно этим расчетам применение гидротермического кондиционирования кормов перед прессованием /183/ повышает производительность оборудования в 1,4 раза и дает годовую экономию в размере 4051 руб. на один гранулятор 0ГМ-0,8 при гранулировании 2000 т полнорационных комбикормов для кроликов.

Использование гранулированных кормов, приготовленных по предлагаемой технологии способом влажного црессования, при выращивании карпа /144/ дает экономию 10,43 руб. на одной тонне гранул по сравнению с гранулированными кормами сухого прессования. При этом снижается расход кормов на 20,2%.

Применение технологии и предлагаемой матрицы для гранулирования соломистых кормосмесей крупному рогатому скоту на откорме /173/ дает годовую экономию на один гранулятор 0ГМ-0,8А в размере 59 тыс. рублей при производстве 2000 т гранул. Получение указанной экономии возможно при скармливании соломистых кормовых гранул по сравнению с рассыпной соломистой смесью того же состава. Поедаемость гранул при этом составляет 98.100%, в то время как соломистой составляющей рассыпной смеси только 87.92%.

При производстве прессованных сухих животных кормов за счет улучшения их качества, транспортабельности и технологии получения экономия, по данным ВНИИМПа /п.З.2.8/, достигает 21.22 рублей на одну тонну гранул или брикетов.

Применение установки для механического кондиционирования гранул в комплекте оборудования 0ГМ-0,8А снижает потери корма от распыления на 1,2.1,4 $, что при годовом объеме производства гранулированной травяной муки 200 тонн дает экономив в размере 240.280 рублей на один гранулятор. Снижение количества пыли и крошки в кондиционных гранулах до минимума практически их полностью предотвращает зависание в бункерах и обеспечивает надежное транспортирование через выгрузные устройства.

Из приведенных материалов видно, что каждый предложенный технологический прием и новые конструкции рабочих органов выгодно отличаются от существующих по своим экономическим показателям. Однако в упомянутых выше работах не приведены данные по обоснованию экономической эффективности использования кормовых гранул и брикетов с заданными свойствами в кормлении сельскохозяйственных животных.

С целью получения исходных данных для расчета экономической эффективности применения гранулированных и брикетированных кормов с заданными свойствами нами проведены' опыты по их скармливанию сельскохозяйственным животным (см. 1.2) и экспедиционное обследование качества в хозяйствах Рязанской области.

В процессе обследования выявлялось (табл.3.3.1) количество резки и брикетов оптимальной и повышенной прочности в составе брикетированного корма, приготовленного на оборудовании ОПК-2 и ПБС-З.

Обследование в каждом из хозяйств производилось в пятикратной повторности.