Анализ работы агрегата для получения жидких и пастообразных кормовых смесей

Производственный процесс кормовых смесей оказывает непосредственное влияние на развитие других отраслей сельского хозяйства. От состояния кормовой базы напрямую зависит рост продуктивности, улучшение качества поголовья, а также снижение себестоимости продукции животноводства [1; 2].

При получении продукции животноводства на долю кормовых смесей и подготовки их к скармливанию приходится до 70% всех затрат [2]. В связи с этим для снижения данного показателя необходимо оптимизировать организацию процесса приготовления кормовых смесей, а также повышать эффективность работы машин для их получения за счет внесения улучшений в их конструкцию [3].

Для практического применения кормовые смеси классифицируют на следующие виды: грубые (сено, солома и т.д.), зеленые (листья и побеги растений и т.д.), зерновые (пшеница, ячмень, овес, горох и т.д.), сочные (зеленая трава, силос и т.д.), семена (подсолнечник, гречиха, кукуруза и т.д.), комбикормовые смеси (смесь различного рода кормового сырья в определенных пропорциях), отходы пищевых производств различного рода, кормовые смеси животного происхождения (отходы мясной, молочной, рыбной промышленности), а также различного рода добавки (синтетические аминокислоты) [4; 5].

Стоит отметить, что важнейшей операцией при приготовлении кормовых смесей является измельчение, которое подразумевает под собой различные способы оказания воздействия на подвергаемый разрушению материал. Различают ударное размельчение (дробление), растирание, а также резание. Применительно к измельчающим устройствам молоткового типа наибольший эффект достигается за счет приложения ударной силы. При динамическом нагружении возникают силы напряжения во много раз большие, чем при статическом. Однако для приближения типа разрушения к хрупкому необходимо увеличить скорость приложения нагрузки [5; 7].

При измельчении пластичных материалов используется измельчение резанием. Так, профессором Сабиевым У.К. предложена идея «удара по зерну лезвием», объединяющая в себе оба приведенных выше способа. Идея заключается в комбинировании в измельчающем устройстве ударных и режущих компонентов. Режущие компоненты позволяют измельчать зерновой материал, обладающий высоким показателем твердости. В отношении зерен с меньшим показателем твердости эффективно применять ударные компоненты. При данном способе измельчения появляется возможность получить однородный по гранулометрическому составу корм. Способ можно применить при разработке кормоприготовительных устройств, процесс измельчения в которых происходит в жидкой среде, с целью получения жидких (влажность 75–80%) и пастообразных (влажность 40–50%) кормовых смесей [8].

Vestnik of Omsk SAU, 2024, no.1 53)

AGROENGINEERING

Применение жидких и пастообразных кормовых смесей нашло широкое распространение на свиноводческих предприятиях. При таком типе кормления пояляется возможность использовать дозированную автоматическую раздачу кормов, что, в свою очередь, позволяет избежать потерь кормовых смесей в процессе кормления, сократить количество питьевой воды [8; 3].

Из вышеизложенного следует, что необходимы новые, нестандартные решения по интенсификации технологий и процессов приготовления жидких и пастообразных кормовых смесей. Немаловажная роль в современных технологических линиях отводится машинам, способным объединить в себе три основные технологические операции (измельчение, запаривание и смешивание). В основе таких машин лежит рабочий орган – дисмембратор.

Материалы и методы

Для решения проблемы измельчения зернового материала в жидкой среде с целью приготовления жидких и пастообразных кормовых смесей разработана конструкция агрегата, способного единовременно осуществлять такие технологические операции, как измельчение, смешивание и запаривание (рис. 1).

Рис. 1. Агрегат для получения жидких и пастообразных кормовых смесей

Агрегат состоит из рамы 1 , на которой вертикально расположен электродвигатель 2 , загрузочного бака 3 , в котором установлен рабочий орган – бескорпусный дис-мембратор (рис. 2), пульта управления 4 . Рабочий орган агрегата – бескорпусный дис-мембратор (рис. 2), состоит из подвижного диска ротора 8 , закрепленного на валу привода и размещенного между двух полустаторов (нижнего 6 и верхнего 7 ) [8; 9].

Vestnik of Omsk SAU, 2024, no.1 53)

AGROENGINEERING

Рис. 2. Рабочий орган агрегата для получения кормовых смесей

На поверхности ротора, а также на поверхностях полустаторов расположены выступы в виде зубчатых элементов, имеющие трапецеидальную форму. Верхние части зубчатых элементов ротора обращены к соответствующему противоположному диску – соответствующему полустатору. В центральной части верхнего полустатора расположены впускные окна, необходимые для попадания смеси воды и зернового материала на зубчатые элементы рабочего органа. В центральной части ротора имеются ножи для предварительного (грубого) измельчения, а также для увеличения скорости потока и направления водно-зерновой смеси на зубчатые элементы рабочего органа. Для установки загрузочного бака в конструкции имеется соединительный фланец 5 [9].

В предлагаемой конструкции агрегата для приготовления жидких и пастообразных кормовых смесей в качестве рабочего органа применен бескорпусный дисмембратор, который размещен на дне загрузочного бака (рис. 3).

Рис. 3 . Общий вид рабочего органа агрегата в сборе с загрузочным баком

Vestnik of Omsk SAU, 2024, no.1 53)

AGROENGINEERING

Данное конструктивное решение позволило исключить трубопроводы и избавиться таким образом от всевозможного рода забиваний [8; 10].

Для предотвращения образования воронок предусмотрена успокоительная система в виде двух неподвижно установленных друг напротив друга лопастей (рис. 3).

Параметры разработанного агрегата для приготовления кормовых смесей представлены в таблице.

Технические характеристики

Параметр	Значение	Ед. изм.
Объем бака	40	л
Потребляемая мощность	2,2	КВт
Время работы	35	мин
Напряжение	380	В
Габаритные размеры (L×B×H)	800×600× 700	мм

Порядок работы агрегата. В бак для загрузки заливается жидкая основа объемом 20 литров (вода, сыворотка и т.д.), после чего осуществляется запуск агрегата. Для предотвращения оседания на дне загрузочного бака зерновой материал (пшеница, овес, ячмень, горох) общим количеством 10 кг засыпается медленно, со скоростью 33 г/с. Смесь воды и сыпучего материала из бака загрузки попадает через впускные окна верхнего полустатора 7 на крутящийся роторный диск 8 (рис. 2). Далее за счет вращения роторного диска смесь воды и измельчаемого материала движется к его краям через проходные сечения между зубчатыми элементами. Достигнув края роторного диска, смесь воды и ингредиентов удаляется из измельчающего органа через выпускные окна обратно в загрузочный бак 3 . Нагрев смеси происходит за счет образования мощных вихревых потоков, в результате распада которых выделяется тепловая энергия. Разгрузка полученной кормовой смеси осуществляется через запорный патрубок, установленный в основании загрузочного бака [10].

Лабораторные исследования по проверке работоспособности показали, что агрегат позволяет мелко измельчать сыпучий материал с одновременным перемешиванием и нагревом получаемой кормовой смеси, не используя при этом электрические нагревательные элементы. Степень усваиваемости жидких и пастообразных кормовых смесей, полученных с помощью разработанного агрегата, предположительно увеличится до 65– 85%. Для сравнения при сухом кормлении этот показатель составляет не более 30–40%.

Результаты исследований

В ходе проведения исследования консистенции получаемой массы были взяты пробы с целью определения ее гранулометрического состава. Определение размеров частиц, входящих в состав получаемой кормовой смеси, проводилось с применением лабораторной исследовательской установки (ЛИУ), позволяющей обрабатывать увеличенные с помощью электронного микроскопа изображения (рис. 4). В состав ЛИУ входят следующие элементы: микроскоп марки ММР-4, цифровая фотокамера Arc-1000 c, компьютер со специальным программным обеспечением. Системный блок компьютера оснащен микросхемой и специальными выходами для ввода изображений в ЭВМ.

После обработки информации, полученной в ходе проведения экспериментальных исследований, построены графики, показывающие, как зависит крупность частиц в кормовой смеси от времени протекания процесса (рис. 5).

Vestnik of Omsk SAU, 2024, no.1 53)

AGROENGINEERING

Рис. 4. Лабораторная исследовательская установка

Рис. 5. Изменение размеров частиц от времени протекания процесса приготовления корма

Анализируя полученный график, можно сделать вывод, что усредненная крупность частиц в конце цикла работы агрегата составила 684 мкм. Кормовая смесь внешне выглядит однородно.

С целью определения качественных характеристик кормовых смесей, полученных в разработанном агрегате, проведены исследования по определению вязкости.

Исследования вязкости получаемой смеси проводились на специальном приборе (рис. 6).

Vestnik of Omsk SAU, 2024, no.1 53)

AGROENGINEERING

Рис. 6. Прибор для измерения вязкости: 1 – станина; 2 – вертикальная стойка;

3 – стеклянный сосуд; 4 – резиновая опора; 5 – цанги; 6 – опорный элемент;

7 – блок; 8 – исследуемый образец; 9 – стальной шар; 10 – капроновый шнур;

11 – гиря

Прибор состоит из металлической станины 1 , вертикальной стойки, выполняющей роль штатива 2 , с зафиксированным на ней стеклянным сосудом 3 . Сосуд опирается на станину через резиновую опору 4 . К стойке фиксируется двумя специальными цангами 5 . На вершине стойки расположен опорный элемент 6 , на котором установлен блок 7 .

В стеклянную колбу прибора помещался шар, выполненный из стали, диаметром 40,3 мм и массой 259,7 г, соединенный с гирей капроновым шнуром. Гиря подбиралась по массе, в зависимости от того, какой консистенции кормовая смесь помещалась в сосуд. При проведении исследования обращалось внимание на то, чтобы шар опускался строго вертикально, без касания стеклянных стенок сосуда прибора.

Замеры вязкости получаемой смеси производились при работе агрегата в разные временные промежутки. Для этого делали забор проб из бака загрузки. Максимальная температура, до которой нагревалась кормовая смесь во время проведения исследований, составляла 55°С. Только по достижении данной температуры кормовая смесь помещалась в сосуд вискозиметра.

После обработки информации, полученной в ходе проведения экспериментальных исследований, построены графики, показывающие, как вязкость кормовой смеси зависит от количества жидкой основы, а также от температурного показателя (рис. 7–8).

Vestnik of Omsk SAU, 2024, no. 1 53)

AGROENGINEERING

W, %

Рис. 7. Влияние содержания влаги на вязкость

t, °С

Рис. 8. Зависимость вязкости от температуры смеси при W = 39%

Замер температуры кормовой смеси осуществлялся при помощи пирометра Benetech GM320.

В результате проведения исследований выявлено, что значение вязкости получаемой смеси снижается при повышении количества влаги с 35 до 38 Па∙с. А при увеличении температуры с 22 до 55 ° С значения вязкости снижаются.

Заключение

Теоретически доказано и экспериментально подтверждено, что агрегат с бескор-пусным дисмембратором обеспечивает равномерное измельчение и перемешивание с одновременным нагревом кормовой массы по всему объему бака. Это подтверждают результаты лабораторных исследований консистенции получаемого корма. Усредненный размер крупиц в конце цикла приготовления составил 684 мкм. При визуальном осмотре кормовая смесь выглядит однородно.

Проведены исследования по определению вязкости получаемой кормовой смеси. Определено, что показатель вязкости корма уменьшается с 38 до 35 в Па ⋅ с при

Vestnik of Omsk SAU, 2024, no.1 53)

AGROENGINEERING

повышении жидкой составляющей. В то же время с увеличением температуры (с 22 до 55°С) показатель вязкости понижается.