Повышение эффективности приготовления кормов для пушных зверей

Эффективность звероводческого производства во многом зависит от четкого и своевременного обеспечения зверей хорошо приготовленными, качественными кормами. В общих издержках производства шкурок пушных зверей затраты на корма и их приготовление достигают 80 % [1]. Главным условием повышения эффективности приготовления кормов для пушных зверей является разработка и применение рекомендаций по энерго- и ресурсосбережению.

Технологии приготовления кормов для пушных зверей в общем виде складываются из набора операций: дефростация, мойка, поэтапное измельчение, смешивание и гомогенизация. Основные энергозатраты (до 50 % всех затрат энергии) приходятся на операцию измельчения, причем большая часть энергии расходуется нерационально, трансформируясь в тепло и другие виды энергии [1]. Вследствие этого актуально рассмотрение наиболее значимых факторов, оказывающих влияние на энергозатраты операции измельчения. К ним относятся [1], [3], [4]: скорость резания, вид режущего инструмента и его расположение, геометрические параметры режущего инструмента (в особенности угол заточки и угол скольжения лезвия ножа), температура измельчаемого корма.

Влияние угла скольжения лезвия ножа (угла τ ) на энергозатраты операции измельчения – одна из основных закономерностей процесса измельчения кормов, причем под углом τ подразумевается угол между направлением движения рассматри-

ваемой точки лезвия и нормалью к лезвию [1], [6]. По степени влияния этого фактора на энергозатраты операции измельчения кормов до настоящего времени нет единого мнения. Результаты исследований, приведенные в различных литературных источниках [1], [3], [4], [5], [7], [8], противоречивы и часто не совпадают по своим значениям.

Так, В. А. Желиговский пришел к выводу, что наименьшая удельная работа измельчения имеет место при рубящем действии лезвия. По его данным, по мере увеличения угла τ удельная работа возрастает сначала медленно, а после достижения 70° все интенсивнее. В. П. Горячкин установил, что с увеличением угла τ нормальная сила для возбуждения процесса уменьшается, особенно при значениях угла скольжения 30°. Исследования Н. Е. Резника показали, что увеличение значения угла τ в определенных пределах выгодно в энергетическом отношении. Удельная работа резания с увеличением угла τ до 25° падает, при дальнейшем увеличении этого угла – возрастает. В. И. Курдюмов и П. Н. Аюгин в ходе исследования по измельчению моркови [3] и Н. И. Лебедь – измельчению яблок [4] установили, что с увеличением угла τ до 35° удельная работа снижается, а затем увеличивается. Сходные данные приводит М. А. Сулима, который при измельчении тимофеевки рекомендует угол τ 35…40°. По данным А. И. Пелеева, Н. А. Барсова, B.-H. Tong, J. Sun, Z.-H. Xu, Z.-Y. Chen, B. Ji, B. Song [8] (при резании мяса), значительное сокращение энергозатрат наблюдается при угле τ 45…60°.

Анализ приведенных работ показывает, что нет теоретически обоснованных рекомендаций по влиянию угла τ на энергозатраты операции измельчения кормов для пушных зверей. Это является существенным препятствием на пути повышения эффективности работы оборудования для приготовления кормов, а значит, и важной, актуальной проблемой, требующей решения.

Целью исследования является решение данной проблемы. Эта цель достигается путем исследования влияния угла τ на энергозатраты операции измельчения кормов для пушных зверей. В соответствии с поставленной целью и с учетом теоретических предпосылок определены следующие задачи:

• 1)    осуществить обзор и анализ существующих исследований;

• 2)    реализовать экспериментальное исследование влияния угла τ на энергозатраты операции измельчения;

• 3)    выполнить анализ полученных результатов и предложить рекомендации по выбору угла τ .

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В качестве исследуемого материала использовали говяжье мясо и субпродукты (влажность 72,1…72,9 %, плотность 1160…1180 кг/м 3, температура перед измельчением –3…–1 °C), вследствие того что они относятся к основным компонентам кормовых рационов пушных зверей [1].

Экспериментальное исследование влияния угла τ на энергозатраты (мощность N ) измельчения выполнено на лабораторной установке (рис. 1), к которой подключен счетчик электрической энергии «Нева МТ 123» (счетчик измеряет и отображает на дисплее значения мощности, погрешность 1 Вт).

Рис 1. Лабораторная установка: (а) вид спереди, (б) вид сбоку. 1 – основание, 2 – стойка, 3 – электродвигатель, 4 – диск, 5 – нож, 6 – тиски, 7 – рукоятка с нажимным переключателем

Методика проведения исследования была следующей. Говяжье мясо и субпродукты нарезали кусками равного поперечного сечения 30 × 30 мм2 и закрепляли в тисках установки.

Затем на диск установки крепили ножи под заданным углом τ и запускали электродвигатель. Плавно опуская рукоятку с нажимным переключателем стойки, на которой крепится диск с ножами, производили измельчение (скорость резания составляла 20 м/с).

Показания счетчика электрической энергии «Нева МТ 123» фиксировали посредством цифровой видеокамеры. По окончании исследования на основе полученных видеозаписей определяли значения потребной мощности установки (на рабочем ходу) N рх . Для определения мощности, затраченной непосредственно на измельчение, запускали электродвигатель и определяли потребную мощность установки на холостом ходу N _хх.

Затем подставляли полученные значения N _рх и N _хх в выражение

N изм = N рх – N хх .

Переставив ножи на диске под новым углом τ , повторяли опыты. В ходе исследования осуществлялась пятикратная повторность опытов.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

По результатам исследований была получена выборка данных о мощности N изм , затраченной на операцию измельчения кормов. Для полученных данных произведена статистическая обработка общепринятыми методами математической статистики [1], [2] для 5 %-го уровня значимости. Результаты представлены на графике (рис. 2).

Рис. 2. График изменения мощности, затрачиваемой на измельчение, от угла скольжения лезвия ножа

Наиболее близко описывает полученную кривую (см. рис. 2) уравнение

N изм = 0,012∙ τ ²– 0,806∙ τ + 22,500, Вт, где 0,012, (–0,806) и 22,500 – эмпирические коэффициенты.

Анализ полученных результатов исследования позволил установить следующее: между мощностью Nизм, затрачиваемой на измельчение, и углом скольжения лезвия ножа τ существует сложная зависимость. Так, в диапазоне углов τ от 0 до 45° наблюдается значительное уменьшение Nизм, в 3,5 раза, начиная от 45° и выше – значительное увеличение Nизм (так, при τ = 75° Nизм увеличивается в 4,5 раза и в абсолютных величинах пре- вышает Nизм при τ = 0° на 29 %). Такой характер полученной зависимости можно объяснить следующим образом [1]: изменение угла τ приводит к возникновению ряда эффектов. Одни эффекты ведут к снижению энергозатрат операции измельчения (кинематическая трансформация угла заточки, кинематическая трансформация кромки лезвия), а другие – к повышению энергозатрат (прежде всего кинематическая трансформация толщины перерезаемого материала). Баланс тех и других эффектов характеризует суммарное влияние угла τ на энергозатраты. Повышение эффективности приготовления кормов для пушных зверей возможно при правильном подборе значений угла τ.

ВЫВОДЫ

• 1.    При измельчении кормов для пушных зверей с увеличением угла τ от 0 до 45° наблюдается уменьшение энергозатрат в 3,5 раза, начиная с 45° и выше – увеличение энергозатрат в 4,5 раза.

• 2.    Наименьшие энергозатраты при измельчении кормов для пушных зверей наблюдаются при τ = 40...41°. Применение данных значений угла τ позволяет повысить эффективность приготовления кормов для пушных зверей.

• 3.    Выявленная зависимость энергозатрат (мощности) от угла τ изменяется согласно уравнению: N изм = 0,012∙ τ ²– 0,806∙ τ + 22,500 .

* Работа выполнена в рамках реализации комплекса мероприятий Программы стратегического развития ПетрГУ на 2012–2016 гг. (подпроект: «Совершенствование строительных материалов на основе использования местных ресурсов и отходов переработки древесины»).

EFFICIENCY INCREASE IN FODDER PREPARATION FOR FUR BEARING ANIMALS