Совершенствование технических средств подготовки к скармливанию клубней картофеля животным

Введение. В структуре себестоимости продукции животноводства корма занимают около 60–70 % от всех затрат [1].

Для повышения продуктивности сельскохозяйственных животных в рацион вводятся сбалансированные кормовые смеси с применением корнеклубнеплодов (ККП).

Для подготовки корнеклубнеплодов к скармливанию животным предусмотрена их очистка от почвенных загрязнителей, так как они имеют загрязненность до 20 % [2]. Для этих целей используются машины для мойки и сухой очистки корнеклубнеплодов от почвенных загрязнителей.

Недостатком применения операции мойки корнеклубнеплодов является большой расход воды, который создает проблемную ситуацию, особенно в зимнее время. В качестве недостатков в использовании конструкций для сухой очистки ККП следует отметить ненадежность оборудования в работе при несоблюдении необходимого качества очистки.

Поэтому в современных технологиях приготовления кормов заслуживает особого внимания разработка и внедрение ресурсо-энергосберегающего оборудования для сухой очистки корнеклубнеплодов от загрязнителей.

Другим препятствием на пути более широкого использования корнеклубнеплодов в животноводстве является высокая энергоемкость их измельчения, низкие качественные показатели готового продукта [3]. Поэтому проблема подготовки корнеклубнеплодов к скармливанию сельскохозяйственным животным является актуальной и представляет как научный, так и практический интерес. Формирование процессов одновременного резания и измельчения ККП является перспективным направлением для получения качественного корма.

Цель исследования: совершенствование технических средств очистки от почвенных загрязнений и измельчения клубней картофеля в линии подготовки к скармливанию животным, за счет оптимального сочетания комплекса конструктивных, технологических и режимных параметров установок.

Задача исследования: определить оптимальные значения конструктивных и технологических режимных параметров функционирования установок по очистке от почвенных загрязнений и измельчения клубней картофеля в условиях фермерских хозяйств.

Методы исследования. Экспериментальные исследования проводились на запатентованных установках в Инжиниринговом центре ФГБОУ ВО и ООО «Учхоз “Миндерлинское”» ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ (п. Борск, Сухобу-зимский район) в соответствии с действующими ГОСТами и общепринятыми методиками испытаний машин, обеспечивающих получение первичной информации с последующей их обра- боткой на ПЭВМ [4, 5]. В исследованиях были использованы клубни картофеля сорта Гала, которые по техническим требованиям не относятся к категориям «продовольственный» или «семенной» картофель (ГОСТ Р 51808-2013, ГОСТ Р 53136- 2008).

Результаты исследования и их обсуждение. Для подготовки клубней картофеля к скармливанию реализована технологическая схема: прием – сухая очистка от почвенных загрязнений – измельчение – выдача.

Схема технологической линии подготовки клубней картофеля к скармливанию представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Схема технологической линии подготовки клубней картофеля к скармливанию: 1, 3, 6 – транспортер; 2 – устройство для сухой очистки клубнеплодов;

4 – бункер-накопитель; 5 – измельчитель

Транспортером 1 клубни картофеля подаются в установку для ее сухой очистки. После прохождения между двумя пневмобаллонами и нарушения сцепления почвенных загрязнителей с картофелем материал поступает на вращающийся рабочий стол. Проходя по спирали и изменяя траекторию движения, за счет установленных на внутренней поверхности спирали лопаток картофель равномерно подвергается интенсивному механическому воздействию, дополнительно очищается от загрязнителей (рис. 2), поступает на транспортер 3 , в бункер-накопитель 4 (рис. 1, 2). Из бункера-накопителя картофель дозировано поступает в измельчитель 5 . После измельчения картофель транспортируется на корм животным.

Общий вид измельчителя клубней картофеля представлен на рисунке 3.

В установке происходит предварительное резание клубней картофеля в рабочей зоне режущего органа, выполненного в виде набора ножей, установленных на конусном валу по образующей шнека, и окончательное измельчение ломтиков материала от их периферии к центру ножами измельчающего барабана.

При проведении исследований по сухой очистке картофеля реализовывалась матрица пятифакторного эксперимента Бокса второго порядка. В качестве факторов были выбраны: частота вращения рабочего стола (х 1 ), масса клубней картофеля (х 2 ); длина (х 3 ), угол наклона относительно витка спирали (х 4 ) и шаг установки лопаток (х 5 ). Критериями оптимизации были эффективность очистки клубней картофеля, удельная энергоемкость процесса.

На основании моделирования экспериментальных данных и оптимизации системы конструктивных, технологических показателей и режимных параметров очистки картофеля получе- ны зависимости производительности установки при различных сочетаниях факторов на среднем уровне (рис. 4).

Рис. 2. Общий вид установки для сухой очистки картофеля (а) и установленных на спирали лопаток (б)

б

Рис. 3. Общий вид измельчителя клубней картофеля

Рис. 4. Зависимость производительности установки от частоты вращения и массы клубней картофеля при усредненных значениях других фиксируемых показателей

На основании проведенных исследований было установлено, что оптимальными являются следующие факторы: частота вращения рабочего стола – 450 мин-1; длина, угол наклона и шаг установки лопаток – соответственно 77,3 мм, 16,2 град., 700 мм. При производительности 2,65 т/ч и удельной энергоемкости процесса очистки 1,05 кВт-ч/т остаточная загрязненность не превышала 1,55 %.

Исходя из теоретических исследований и поисковых опытов, а также конструктивных параметров установки для измельчения клубней картофеля, были выбраны следующие факторы: частота вращения конусного вала (х 1 ) и измельчающего барабана масса (х 2 ); шаг установки ножей на конусном валу (х 3 ); угол наклона ножей барабана относительно горизонтальной оси (х 4 ).

Основными показателями для оценки оптимальной работы установки для измельчения картофеля служили качество измельчения клубней картофеля и удельная энергоемкость процесса.

В исследованиях реализовывалась матрица четырехфакторного эксперимента Бокса второго порядка.

В результате экспериментальных исследований определены эффективные показатели работы установки.

Производительность и удельные энергозатраты на измельчение картофеля для птицы, свиней и крупного рогатого скота составили со- ответственно: 486,7–653,2 кг/ч и 1,08– 1,29 Вт⋅ч/кг; 700,7–1047,0 кг/ч и 0,63–0,96 Вт⋅ч/кг; 1157,4–1469,9 кг/ч и 0,3–0,55 Вт⋅ч/кг.

В зависимости от толщины ломтика картофеля частота вращения конусного вала изменялась от 314 до 405 мин-1, частота вращения измельчающего барабана – от 368 до 419 мин-1.

Шаг установки ножей на измельчающем барабане увеличивался от 33,0–42,2 мм (толщина ломтиков 1–4 мм) до 64,8–68,0 мм (толщина ломтиков 11–15 мм).

Угол наклона ножей на измельчающем барабане относительно горизонтальной оси изменялся от 2,76–10,2 град. (толщина ломтиков 1– 4 мм) до 0,64–3,5 град. (толщина ломтиков 11– 15 мм).

Выводы . Разработанные технические средства в технологической линии подготовки клубней картофеля к скармливанию непосредственно животным в условиях фермерских хозяйств могут использоваться также в составе линий производства экструдатов на основе зерна.

Остаточная загрязненность клубней картофеля (не более 1,55 %) позволяет исключить их мойку перед измельчением.

Результаты исследования показывают перспективность применения установки для измельчения клубней картофеля в связи с возможностью ее использования для приготовления корма для птицы, свиней и крупного рогатого скота.