Физико-механические свойства комбикорма и его основных компонентов

НИИ «Агромеханика», Гянджа, Азербайджан,

Scientific – research institute “Agromechanicsˮ, Ganja, Azerbaijan,

Одним из главных приоритетов экономики Азербайджана является развитие аграрного сектора в соответствии с современными требованиями. Важное значение имеет животноводство и обеспечение населения продуктами животноводства. Улучшение породного состава животных и стимулирование предпринимательства в стране, а также обеспечение непрерывности выполняемых работ в животноводстве, достижение оптимальной себестоимости производимой продукции, эффективного производства кормов находятся в постоянном центре внимания. Эффективными в кормлении крупного рогатого скота считаются различные кормосмеси, что обусловлено их объемом и питательностью. Максимальное соответствие рационов требованиям полноценного сбалансированного питания влияет на продуктивность животных. Продуктивность животных также зависит от состояния кормовой базы в хозяйстве, т.е. от возможности обеспечить кормами с учетом возраста и продуктивности.

Крайне важна правильная организация кормления на основе механизированной технологии. С преобразованием системы хозяйствования постепенно изменяется система хозяйственного управления. Возникает проблема технического обеспечения хозяйств малогабаритным оборудованием для механизации процессов животноводстве [3–5]. Дозирование и смешивание компонентов крупяных смесей, а также создание дозирующих и смешивающих агрегатов является одной из основных задач, стоящих перед отечественными и зарубежными учеными. Необходимо сказать, что для дозирования компонентов крупяных смесей в основном используют как однокомпонентные, так и многокомпонентные дозаторы. При производстве комбикормов применяют различные технические средства с целью повышения качества, такие как дозаторы, мешалки, измельчители, а также установки специального назначения. Средства, которыми обеспечены животноводческие хозяйства, в особенности установки для производства зерновых кормов, в основном не соответствуют зоотехническим требованиям, а использование оборудования (шнеков и мешалок с лопастями) требует больших энергозатрат. Производство комбикормов в животноводстве включает несколько операций, которые выполняются в определенной последовательности: корма измельчают, дозируют, а затем смешивают, добавляя концентраты [7; 8; 10].

Необходимо предусматривать как основные, так и дополнительные процессы производства комбикормов. К основным операциям относят дозирование комбикормов, их измельчение, а систему доставки транспортными средствами, хранение – к вспомогательным [3; 6; 10].

Так, основной технологической операцией при производстве кормовых смесей является дозирование компонентов с необходимой точностью и перемешивание до однородного состояния. Эта операция во многом определяет качество продукции и, следовательно, эффективность потребления кормов. Хороший сгенерированный компьютером рецепт может не обеспечить желаемой эффективности корма из-за высокой погрешности измерения и непоследовательного смешивания компонентов [3; 10].

Неточное дозирование компонентов снижает пищевую и биологическую питательность кормовых смесей, а избыток дорогостоящих компонентов приводит к удорожанию производства и дисбалансу питательных веществ, а в ряде случаев и к заболеванию животных. Дозирование бывает объемным и весовым, непрерывным и дискретным. Для выполнения непрерывного объемного дозирования применяют лотки (тарелки), барабанные, шнековые, вибрационные, ленточные, пневматические, а также комбинированные (например, виброшнековые) и другие. Из-за относительно простой конструкции точность дозирования устройств, как правило, не превышает ±3%, и если не

Vestnik Omsk SAU, 2022, no. 1(45) PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS применять автоматическую регулировку системы дозирования, то дозируемые продукты будут подвергаться большему повреждению при изменении механических свойств. К подобным устройствам относятся кормушки [11; 12]. По дизайну они практически не отличимы от дозаторов. Однако питатели устанавливаются перед дозаторами с цепной подачей или технологическими машинами. При отсутствии такой связи питатели служат стабилизаторами потока. Дискретное объемное дозирование характеризуется повторением дозирования материала, как правило, циклом выпуска в порционных (смешанных) смесителях. В большинстве случаев такие типы дозаторов используются при приготовлении влажных кормовых смесей, хотя известно их применение при дозировании ингредиентов комбикормов. Эти дозы, несмотря на их простую структуру, не всегда удовлетворяют требованиям.

Порционное весовое дозирование основано на измерении дозы определенной массы. Дозирование по весу осуществляется разными способами и на разных весах разной конструкции исходя из мощности предприятия, особенностей технологического процесса и номенклатуры выпускаемой продукции. Дозаторы обеспечивают высокую точность дозирования. Строение их несложное, но то, что операций много (загрузка, разгрузка), лишает устройства преимуществ [12].

Весовое дозирование не всегда дает требуемую производительность с нужной точностью, поэтому применяют комбинированные весы. Сначала определяется приблизительный вес, а затем добавляется недостающая часть.

В некоторых животноводческих хозяйствах используют метод приготовления комбикормов дозированием.

Цель исследования . В соответствии с методикой определения зависимости про-из-водительности дозатора-смесителя и процесса приготовления зерновой смеси от конструктивных и режимных параметров проводились экспериментальные исследования с различными типами кормов.

Предмет исследований – улучшение показателей качества зерновой смеси.

Метод исследования. В производственных условиях «Самедоглу – Ататюрк» Гейгельского района Азербайджана проведена проверка работоспособности дозатора-смесителя и дана оценка его основных параметров. Дозатор-смеситель был подключен в технологическую линию по приготовлению крупяных смесей для крупного рогатого скота. В ходе проводимых исследований были проверены производительность дозатора-смесителя, энергоемкость приготовления крупяных смесей и равномерность смешивания компонентов.

Результаты исследований

Корм и его компоненты, используемые в процессах дозирования и смешивания, имеют технологическое значение в соответствии с физическими и механическими свойствами материалов. Эти свойства взаимодействуют. Числовые значения показателей, отражающих эти свойства, определяют применением ряда специальных измерительных средств и методов. Дозирование и смешивание в основном зависят от влажности, объема, массы, степени измельчения, естественного угла распределения и коэффициента трения. Гранулометрический состав ингредиентов комбикорма определяли классификатором. Для этого в классификаторе использовался набор сит с отверстиями от 0,2 до 5 мм. Пробу массой 100 г просеивали в классификаторе в течение 5–10 минут. Снятые с сит фракционные массы взвешивали на технических весах с точностью до 0,01 г. Модуль измельчения (скорость измельчения) рассчитывается следующим образом:

Vestnik Omsk SAU, 2022, no. 1(45)

PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS

• ^d1 P 1 + ^d2 P 2 + ^d3 P 3 + ^d4 P 4

Ml —------------------------, где d1, …, d4 – диаметр сит, мм;

• P 1 , ..., P 4 – масса фракции, оставшейся на соответствующем сите, г;

• 100 – масса образца, г.

За степень модуля принимается размер фракции, составляющей большую часть общей массы. Объем зависит от состава, влажности и формы накопления фракции кормового материала. Обычно для дисперсных материалов объем определяют по массе в соответствии с залитым объемом. Для этого используется литровый мерный стакан (зерновой мерный стакан). Сюда входят мерная чаша, коллектор, воронка, цилиндр, нож, и весы. Мерный сосуд взвешивают вместе с образцом с точностью до 0,5 г. Объемная масса получается путем деления массы образца на объем мерного сосуда.

В выбранной конструкции дозирования объем дозирования регулируется по типу компонентов корма, а перевод нужной нормы в общую массу регулируется скоростью вращения барабана. При этом скорость барабана следует выбирать так, чтобы дозируемый объем полностью опорожнялся за один раз. На основе модели процесса была определена теоретическая зависимость частоты вращения барабана от времени слива дозируемого объема. Эта зависимость построена на эмпирически проверенных отчетах и экспериментальных оценках (рис. 1).

время сброса дозируемого объема, t сек

Рис. 1 . График зависимости скорости дозирования от времени слива дозируемого объема: α – поправочный коэффициент, учитывающий объем и компонентный состав: контрольный;               экспериментальный

Как видно из графика, чем раньше расходуется дозированный объем компонента, тем ниже скорость вращения барабана. Следует отметить, что низкая скорость барабана может обеспечить более точное измерение. Это зависит от заданного дозируемого объема. С другой стороны, скорость вращения барабана зависит от состава компонента, а точнее, от того, обладает он твердым или легкодиспергируемым свойством. Для труд-норассыпаемых кормов (α = 0,12) требуется меньшая частота вращения барабана.

Для проверки этих соображений использовали коэффициент вариации погрешности дозирования дозатора ω. На основании полученных значений построены графики зависимостей (рис. 2).

Vestnik Omsk SAU, 2022, no. 1(45)

PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS

Рис. 2. Кривые зависимости погрешности дозирования:

1 – ячмень; 2 – сложные минералы; 3 – компонентная мука; 4 – солома

Исследование дозатора-смесителя было выполнено в соответствии с требованиями по РД10.19.2-90. В качестве сырья для смеси 1 были использованы комбикорма в целом виде, а для исследования контроля неравномерности смешивания в образцах проверялось количество ячменя с контрольным компонентом в смеси.

При исследовании дозатора-смесителя использовались два типа смесей (табл. 1).

Таблица 1

Составные части готовых смесей

Компонент	Состав компонентов, %
	Смесь 1	Смесь 2
Ячмень	25	26
Пшеница	33	28
Разьяна	25	6
Кукуруза	14	–
Пшеничные отруби	–	31
Подсолнечник	–	9
Травяная мука	–	3
Жом из сухой свеклы	–	5
Соль	–	2
Премикс	–	1

Для приготовления смеси 2 были использованы компоненты (ячмень, пшеница и веламир), которые предварительно измельчаются, а в качестве контрольного компонента, как и в первом случае, было использовано цельное пшено. Для смеси 2 применялся ступенчатый метод смешивания (табл. 2).

При приготовлении комбикормов для крупного рогатого скота (табл. 1) при условии, что минимальная доля компонента составляла 14,5%, принимается следующее ступенчатое смешивание комбикормов (табл. 2).

Контроль качества смеси, то есть равномерности перемешивания, осуществлялся после получения готовой смеси. За равные промежутки времени было отобрано 100 проб по 30 г каждая, и в каждой из них было определено содержание проса. Результаты обрабатывались методом математической статистики.

Приготовление смеси 2 производили в следующей последовательности: сначала – смесь 1, а затем смесь 2. Для приготовления комбикормов было взято три бункера первичного сырья, которые заполнили пшеничными отрубями, дробленым ячменем и

Vestnik Omsk SAU, 2022, no. 1(45)                      PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS дробленой пшеницей, а четвертый бункер был заполнен смесью 2. Таким образом, возможно приготовление полнорационных комбикормов в три яруса, а для этого потребуются дозатор-смеситель, пять бункеров для первичного сырья, бункер готовой продукции, дополнительные площади для хранения смеси 1 и смеси 2.

Таблица 2

Ступенчатое смешивание комбикормов

Компонент	Состав, %
1-я ступень (смесь 1)
Премикс	21
Соль	22
Травяная мука	41
2-я ступень (смесь 2)
Смешанный 1	20.2
Жом из сухой свеклы	23.2
Жом кукурузы	21.2
Разьяна (обмолотый)	32.4
1-я ступень (смешанный комбикорм)
Пшеничные отруби	19
Ячмень (обмолотый)	19
Смешанный 2	25
Пшеница (обмолотый)	24

В лабораторных исследованиях были использованы крупяные компоненты, которые получили более широкое распространение при производстве кормов.

Физико-механические свойства зерен, которые в основном использовались в экспериментальных исследованиях, были определены на основе принятых методик. Результаты представлены в табл. 3.

Таблица 3

Физико-механические свойства злаков

Компонент	Угол естественного наклона, градусы	Плотность, kг/ m 3	Показатель внутреннего трения	Коэффициент трения по стали
Пшеница	31	755	0,66	0,57
Просо	32	621	0,69	0,52
Ячмень	39	448	0,52	0,46
Кукуруза	22	754	0,47	0,56

Для определения зависимости производительности дозатора-смесителя и процесса приготовления зерновой смеси от конструктивных и режимных параметров энергоемкости экспериментальные исследования проводились с различными злаками.

Основным показателем дозатора-смесителя была дозируемость компонентов зерна. Данный цикл дозирования был исследован на основе методики, где указаны эквивалентности дозирования. Как известно, при производстве твердых кормов в соответствии с требованиями необходимо, чтобы был уровень дозирования не менее 95%.

В конструкции имеются несколько лопаток для того, чтобы обеспечить равномерное рассыпание компонентов по краям диска-дозатора. За счет того, что лопаты не выступают за края бункера, исключается влияние естественного угла наклона на процесс дозирования. Используется методика регулирования размеров секций бункера-дозатора в зависимости от плотности дозируемого материала, позволяющая стабилизировать плотности дозируемых компонентов.

Vestnik Omsk SAU, 2022, no. 1(45)                      PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS

Заключение

С учетом увеличения частоты вращения лопат, их высоты и глубины впуска в бункер установлено увеличение производительности дозатора-смесителя и снижение энергоемкости зерносмеси. В результате сравнения экспериментальных показателей с результатами теоретических расчетов определено, что экспериментальные показатели не полностью совпадают с расчетными значениями. В то же время было установлено, что при увеличении расстояния между лопастью и манжетой до 5 мм неравенство дозирования увеличивается, а затем равенство дозирования нарушается. Неравномерность дозирования нарушается и при увеличении частоты циркуляции лопастей. От равномерности перемешивания зависит производительность дозатора-смесителя и доля управляющего компонента.