Обоснование параметров процесса приготовления полнорационных кормовых смесей свиньям

Одним из основных путей развития свиноводства является укрепление кормовой базы, позволяющее эффективно использовать белковые, углеводные, минеральные и витаминные ресурсы производимых в Российской Федерации кормовых культур. При этом важнейшими источниками углеводов являются корнеклубнеплоды, в частности корнеплоды сорта куузику [1]. Данный вид корнеплодов из-за своих больших размеров и специфической формы практически не может быть подвергнут мойке и измельчению с помощью существующих технических средств.

В этой связи такие корнеплоды скармливают в неподготовленном виде и в малых объёмах, что снижает эффективность их использования при кормлении животных.

Цель исследований. Обоснование оптимальных параметров процессов измельчения корнеплодов сорта куузику и получение на основе этого продукта кормовых смесей для свиней.

Задачи исследований:

• -    получить аналитические модели процессов измельчения корнеплодов сорта куузику и их смешивания с принятыми компонентами рациона кормления свиней;

• -    посредством полученных экспериментальным путём математических моделей оценки указанных процессов обосновать оптимальные значения параметров для принятой технологической схемы приготовления полнорационных кормовых смесей свиньям.

В процессе проведённых исследований авторами статьи разработана конструктивно-технологическая схема линии по производству кормовых смесей в виде влажных мешанок для свиней. Линия включает очиститель корнеплодов 1 , измельчитель 2 , бункера-дозаторы 3,4,5, кормораздатчик-смеситель КС-1,5 6 , кормушки 7 , шнек 8 (рис.).

диск

Вид А һ

КС-1 , 5

-А-

Конструктивно-технологическая схема линии приготовления и раздачи полнорационных кормовых смесей свиньям: ω к – угловая скорость вращения комков почв; ω – угловая скорость вращения корнеклубнеплодов; кк – корнеклубнеплоды; см – соевая мука, υ р – скорость движения кормораздатчика

Согласно разработанной схеме, подвергнутые сухой очистке корнеплоды с помощью устройства 1 подаются в двухсекционную камеру дискового измельчителя 2 [2]. Далее измельчённая масса корнеплодов шнеком 8 подаётся в бункер 6 раздатчика-смесителя КС-1,5, где смешивается с концкормами и соевой мукой.

Качество приготавливаемой смеси кормов зависит от степени измельчения корнеплодов λ и , так как именно она определяет эффективность перераспределения влаги между компонентами сухой и влажной физической формы в бункере раздатчика-смесителя КС-1,5.

При этом диффузионную способность R _g ( Д ) , которая характеризует процесс перераспределения влаги между частицами сухих и влажных компонентов, определили в соответствии со следующей аналитической моделью:

l = m l            i —|

Rg (Д )= i-Д z-£П ani l=0 i=0

где    Д z - суммарный диаметр частиц корнеплодов;

• m - число дроблений частиц корнеплодов;

• % - коэффициент пропорциональности;

• a i - вероятность получения частиц корнеплодов i -го размера;

  n - общее число частиц корнеплодов.

  
  

  Составляющая при £ • Д z по физической сути есть степень измельчения корнеплодов

  
  

  l = m l         1 —

  Л и = ХП а- П1

  l = 0 i = 0

  
  
  
  

  Для обоснования корректности данного подхода экспериментальным путём получены математические модели оценки процесса измельчения корнеплодов куузику и обоснованы оптимальные параметры предложенного измельчителя дискового типа.

  Полученные модели имеют следующий вид:

  - для степени измельчения корнеплодов

  
  

  Л и =- 17219 + 147 , 18 • ю д + 114 , 17 • г + 164 , 18 • h _H - 0 , 367 • ю Д - 1 , 268 • г ² -— 21 , 554 • h _H —^ opt;

  
  
  
  

  - для неоднородности получаемых частиц корнеплодов

  
  

  v = - 2585 + 23 , 536 • ю _д + 8 , 155 • у + 67 , 985 • h_H + 0 , 350 • ю _д • у -

  - 0 , 325 • ю _д • h_H + 0 , 450 • у- h_H - 0 , 059 • ю Д - 0 , 183 • Y ² - 2 , 904 • h H — max;

  
  

  - для энергоёмкости процесса измельчения корнеплодов

  
  

  N_уд = 27 , 239 - 0 , 226 • ю _д - 0 , 102 • у + 0 , 198 • h_H - 0 , 00037 • ю _д • у -- 0 , 00043 • ю _д • h_H + 0 , 0019 • у ² + 0 , 0821 • h H — min,

  
  

  где     ю д - угловая скорость вращения диска измельчителя;

  у - угол наклона режущей кромки ножа, у = 45 - 46 ° ;

  h_H - высота установки ножа над диском, h_H = 3 , 8 - 4 , 1 мм .

  Посредством данных моделей определены оптимальные значения параметров процесса измельчения корнеплодов сорта куузику, которые равны: ю д = 200 с ^{- 1} , у = 45 - 46 ° и h_H = 3 , 8 - 4 , 1 мм .

  При данных значениях параметров степень измельчения корнеплодов составила: λ и =380–400, неоднородность полученных частиц v =97,2%. При этом энергоёмкость N_уд = 2 , 53 кВт • ч/т, что в 1,74 раза ниже по сравнению с измельчителем «Волгарь-5».

  Для обоснования эффективности процесса получения кормовой смеси, на основе измельчённых корнеплодов куузику, соевой муки и концкормов, с учётом продолжительности их смешивания ( t см = t opt ), получена расчётная зависимость для определения производительности смесителя периодического действия, выполненного по типу КС-1,5:

  
  

  Q_см

  
  

  м^ • а + м^ • а „ + м^ • а

  см к см см см кк t opt

  
  

  n

  y •У м_са

  c          cm i

  i = 1 _________________

  
  
  

  где    M_см - масса смеси компонентов согласно рациону кормления свиней;

  
  

• α i^c - массовая доля i -го компонента смеси;

• α к – массовая доля корнеплодов;

• α см – массовая доля соевой муки;

• α кк – массовая доля концкормов;

• γ c - параметр, характеризующий замедление процесса смешивания;

• i 0 - прирост массовой доли i -го компонента в смеси;

• t opt – оптимальная продолжительность процесса смешивания;

• n – число компонентов смеси.

Эффективность процесса смешивания принятых, согласно рациону, компонентов раздатчиком-смесителем КС-1,5, оцененная однородностью смеси, а также энергоёмкостью, в зависимости от его параметров и степени измельчения корнеплодов оценили посредством следующих математических моделей:

θ см = 3710,6 + 14,186 ⋅ ω ш + 18,713 ⋅ λ н + 7,245 ⋅ t см - 0,840 ⋅ ω ш ² - 0,023 ⋅ λ н ² -- 0, 671 ⋅ t _с ² _м → max;

N ^см = 11,722 + 0,003 ⋅ ω - 0,005 ⋅ λ - 0,002 ⋅ t - 0,0002 ⋅ ω ⋅ λ + уд                            ш              н             см                ш н

+0,004ωш2+0,00007⋅λн2+0,0002⋅tс2м → min, где   ωш - угловая скорость вращения вертикального шнека;

• λ и - степень измельчения корнеплодов; λ _и = 398 - 404 ;

• t см - продолжительность смешивания, t см → t opt .

Посредством данных моделей определены оптимальные значения параметров процесса смешивания принятых компонентов рациона кормления свиней с помощью раздатчика-смесителя КС-1,5, которые равны: ω ш = 7,7 - 8,5 ^{с - 1} ; λ и = 398 - 404 и t см = t opt = 4,7 - 5,4 мин .

При данных значениях параметров однородность смеси составляет θ _см = 98,9% , а энергоёмкость равна N уд = 0 , 158 ^кВт ⋅ ^ч _т .

Проведённые исследования позволили научно обосновать возможность и целесообразность приготовления кормовых смесей свиньям с использованием такой кормовой культуры, как куузику.

При этом посредством полученных аналитическим и экспериментальным путём моделей обоснованы оптимальные значения параметров процессов измельчения корнеплодов сорта куузику и их смешивания с необезжиренной соевой мукой и концкормами.

Полученные экспериментальные данные удовлетворительно согласуются с расчётными данными, отклонения находятся в пределах ±10%.

Таким образом, проведённые исследования позволили получить новую совокупность научно обоснованных данных, необходимых для проектирования высокоэффективного производственного процесса приготовления и раздачи полнорационных кормовых смесей свиньям на основе новых и существующих технических средств.