CC BY
0
УДК 632.08
DOI 10.36461/NP.2023.68.4.020
КОНСТРУКЦИЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА
ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КОРМОВ
А.Л. Петряев1, аспирант; А. В. Чупшев1, канд. техн. наук, доцент; В. П. Терюшков1, канд. техн. наук, доцент; В.В. Коновалов2, доктор техн. наук, профессор.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пензенский государственный аграрный университет», г. Пенза, Россия, тел. (9273) 872 244, e-maiL: petryaev.a.L@pgau.ru;
2Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пензенский государственный технологический университет», г. Пенза, Россия(8412) 690-320, e-mail: konovalov-penza@rambler.ru
Современная наука в области сельского хозяйства активно ищет перспективные способы и технологическое оборудование для уничтожения вредной микрофлоры в фуражном зерне перед скармливанием сельскохозяйственным животным, которые, в свою очередь, должны повысить доброкачественность и питательную ценность кормов. Технологический процесс переработки фуражного зерна, а именно обеззараживание, предъявляет особые требования к конструкциям устройств для тепловой обработки зерновых культур. На основании анализа известных технических решений по тепловой обработки зерновых культур обосновано перспективное направление разработки устройства для тепловой обработки фуражного зерна [1-3]. Работа направлена на повышение эффективности обеззараживания за счет совершенствования технологического процесса работы и конструкции устройства для тепловой обработки зерна при производстве кормов и является актуальной для АПК РФ. В статье описана конструкция, технологическая схема работы, результат лабораторного опыта нового устройства для тепловой обработки зерна при производстве кормов. От его использования может быть получен следующий результат: улучшение качеств процесса подготовки фуражного зерна к переработке, повышение его питательной ценности и степени равномерного обеззараживания просушиваемой сельскохозяйственной культуры, что минимизирует необходимость проведения отдельной процедуры, направленной на остановку микрофлоры.
Ключевые слова: тепловая обработка, источник инфракрасного излучения, микронизатор, фуражное зерно, корм, качество, питательная ценность, технологический процесс, микрофлора, сенная палочка.
Для цитирования: Петряев А.Л., Чупшев А. В., Терюшков В. П., Коновалов В.В. Конструкция устройства для тепловой обработки зерна при производстве кормов. Нива Поволжья, 2023, 4 (68), с. 3004. йв! 10.36461/ЫР.2023.68.4.020
Введение
Главная задача работников агропромышленного комплекса на ближайшие годы - обеспечение устойчивого производства продукции животноводства для удовлетворения населения продовольствием [2]. Для устойчивого производства продукции необходимо увеличить эффективность животноводства, обеспечить оптимальные условия содержания, улучшения породистости и рационального кормления скота [3, 4].
Кормопроизводство находится в поиске способов и технологического оборудования для подготовки фуражного зерна перед скармливанием сельскохозяйственным животным. Перспективные способы и технологическое оборудование должны повысить доброкачественность,
питательную ценность кормов и улучшить микрофлору сырья. Одним из таких способов для кормозаготовки является обеззараживание фуражного зерна при помощи ИК-излучения (мик-ронизация) [5, 6, 12].
Микронизация применяется для повышения питательной ценности и доброкачественности зернофуража. Углеводы и белки зерна под действием ИК-излучения подвергаются таким же структурным изменениям, как и при гидротермической и барометрической обработках, т. е. становятся более доступными для усвоения. При микронизации белка происходит его денатурация, скорость и степень этого процесса зависят от длительности нагрева, температуры и влажности [7].
Микронизация, как и другие способы влаго-тепловой обработки, наиболее эффективна для повышения санитарных качеств кормов. Этот способ обработки зерна уничтожает вредную микрофлору зерна и уменьшает общее количество микроорганизмов в 5-6 раз. При облучении более 45 с из зерна полностью удаляются многие бактерии, более 60 с - плесневые грибы. Микронизация предупреждает заражение зерна амбарными вредителями [7, 8].
При тепловой обработке зерновых культур при помощи ИК-излучателей используются известные устройства [9-11].
При работе такие устройства для тепловой обработки зерна имеют свои недостатки: потери тепловой энергии за счет нагрева элементов пластинчатого или скребкового конвейера (транспортёра); выбранная конфигурация расположения ИК-излучателей, что снижает КПД установки и качество обрабатываемого материала; не предусматривает в своей конструкции дополнительных средств для улучшения качества обрабатываемого зерна [12].
Методы и материалы Методы при разработке устройства для тепловой обработки зерна при производстве кормов и повышение его эффективности разрабатывались на основе ГОСТ 27.002-89 «Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения». При проведении лабораторного исследования на базе ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ использовались ТР ТС 015/2011 «О безопасности
зерна», ГОСТ 13586.4-83 «Зерно. Методы определения зараженности и поврежденности вредителями» [13-15].
Результаты и их обсуждение
Для повышения эффективности обеззараживания зерновых культур в ФГБОУ ВО Пензенский ГАУ разработана и изготовлена конструкция устройства для тепловой обработки зерна при производстве кормов (Патент RU 2 788 634 С1 от 23.01.2023) [13].
Устройство для тепловой обработки зерна при производстве кормов (рис. 1) содержит опорную раму (1), на которой установлен загрузочный бункер (2) для фуражного зерна, верхняя и нижняя часть которого имеет форму цилиндра в соотношении 1:1,5, причём в нижней части установлена заслонка (3), выполняющая функцию дозатора фуражного зерна, а в верхней части загрузочного бункера (2) с одной стороны установлен патрубок (4), соединенный с гибким трубопроводом очистительной установки, с другой стороны патрубок (5), соединенный с выгрузным термоконтейнером (6). Под загрузочным бункером (2) установлена виброскатная доска (7) под углом в = 5...45° к горизонту в составе с вибратором (8), вертикальной стойки (9) и механизма подъёма (10). Над виброскатной доской (7) имеется теплоизоляционный кожух (11), на внутренней стороне которого установлены источники инфракрасного излучения (12) в количестве от двух штук.
Рис. 1. Схема устройства для тепловой обработки зерна при производстве кормов и его составных частей: 1 - опорная рама; 2 - загрузочный бункер; 3 - заслонка; 4 - патрубок очистительной установки; 5 - патрубок тепловой установки; 6 - термоконтейнер; 7 - виброскатная доска; 8 - вибратор; 9 - стойка; 10 - механизм подъёма; 11 - телоизоляционный кожух; 12 - источник инфракрасного излучения; 13 - Г-образные ворошилки.
В свою очередь между теплоизоляционным кожухом (11) и виброскатной доской (7) установлены Г-образные ворошилки (13) круглого сечения, четырех лопастные, изготовленные из прутка диаметром 4...10 мм в количестве от 2 до 10 штук, после виброскатной доски (7) расположен выгрузной термоконтейнер (6).
Устройство для тепловой обработки зерна при производстве кормов работает следующим образом.
При загрузке фуражного зерна в загрузочный бункер (2), оно в верхней части прогревается тёплым воздухом из патрубка (5) и очищается от пыли и мелких примесей через патрубок (4), связанный с аспирационной установкой. Далее очищенное и частично просушенное фуражное зерно самотеком ссыпается в нижнюю часть загрузочного бункера (2) и равномерно при помощи заслонки (3) распределяется на виброскатной доске (7), установленной под углом в = 5.45° к горизонту. При помощи регулировки по высоте вертикальной стойки (9) и под действием вибрации, от вибратора (8), фуражное зерно перемещается по виброскатной доске (7) в сторону ее продольного уклона тонким, равномерным слоем, попадая в зону равномерного обеззараживания, где фуражное зерно обрабатывается источниками инфракрасного излучения (12), обеззараживая вредную микрофлору и уничтожая насекомых-вредителей. Вибрации виброскатной доски (7) приводят к перемешиванию зерен внутри слоя движущегося фуража и способствуют ссыпанию фуражного зерна при малой величине угла наклона виброскатной доски (7). Г-образные ворошилки (13) в зоне обеззараживания осуществляют перемешивание фуражного зерна для равномерного нагрева их поверхности и частично препятствуют сходу зерна вниз по виброскатной доске (7), увеличивая время термообработки и способствуя тем самым повышению температуры фуражного зерна. По мере накопле-
ния материала перед Г-образными ворошилками (13), фуражное зерно начинает пересыпаться через движущиеся горизонтальные полочки вращающихся Г-образных ворошилок (13), продолжая движение фуражного зерна вниз по виброскатной доске (7) с последующей ее выгрузкой в выгрузной термоконтейнер (6), где происходит охлаждение фуражного зерна до требуемой температуры и вывод теплого воздуха через патрубок (5) в загрузочный бункер (2).
Микрофлору зерна обычно составляют спороносные палочки - бациллус субтилис (сенная палочка), бациллус мезентерикус (картофельная палочка), бациллус микоидес, а также молочнокислые и маслянокислые бактерии, пигментные бактерии, кишечная палочка и др. Кроме того, поверхность зерна обсеменена спорами различных плесневых грибков, на зерне находятся также дрожжи.
Сенная палочка (лат. Bacillus subtiLis) - вид грамположительных спорообразующих факультативно аэробных почвенных бактерий.
В отличие от других бактерий, встречающихся в зерне, сенная палочка не считается патогенной для человека и животных, но она более устойчива к действию высокой температуры и не погибает при низких температурах.
Микронизация - один из способов термической обработки фуражного зерна, заключающийся в быстром его нагреве инфракрасным (ИК) излучением, с продолжительностью от 20 до 90 секунд, улучшающим доступность и усвояемость крахмала и имеющим большой потенциал применения в кормоприготовлении из-за простоты конструкции установок для микрони-зации.
Для определения критерия достаточности микронизации новым устройством для тепловой обработки зерна при производстве кормов был проведён биологический опыт заражённым сенной палочкой «Bacillus subti Lis» зерном (рис. 2 а).
а б
Рис. 2. «Чашка Петри» с сенной палочкой «Bacillus subtilis»: а) до тепловой обработки зерна с содержанием бактерий 2*105 КОЕ; б) после тепловой обработки зерна с содержанием бактерий 2,5*104 КОЕ.
Таблица 1 Исходные данные зерна до обработки
Масса, кг 0,45
Влажность, % 14,7
Температура, °С 19,8
Количество содержаний бактерий, КОЕ 2*105
Таблица 2
Выходные данные зерна после обработки
Масса, кг 0,45
Влажность, % 14,7
Температура, °С 35,2
Время обработки, мин 2,5
Количество содержаний бактерий, КОЕ 2,5*104
Обеззараживание проводилось при следующих параметрах устройства:
а) открытие заслонки дозатора 10 мм;
б) угол виброскатной доски 5°;
в) частота вращения вибродвигателя 1500 об/мин;
г) частота вращения ворошилок 60 об/мин;
д) температура в зоне обеззараживания 78 °С.
После обеззараживания на устройстве для тепловой обработки зерна при производстве кормов получен следующий результат (рис. 2 б).
Заключение
При использовании разработанной конструкции устройства для тепловой обработки зерна при производстве кормов получен следующий результат: улучшение качества и процесса подготовки фуражного зерна к переработке, повышение его питательной ценности и степени равномерного обеззараживания просушиваемой сельскохозяйственной культуры, что минимизирует необходимость проведения отдельной процедуры, направленной на остановку микрофлоры.
Литература.
1. Макарцев Н.Г. Кормление сельскохозяйственных животных: учебник для вузов. 3-е издание, переработанное и дополненное Калуга: Ноосфера, 2012 642 с.
2. Лисунова Л.И. Кормление сельскохозяйственных животных: учебное пособие. Под редакцией В.С. Токарева. Новосибирск: Новосибирский государственный аграрный университет, 2011, 294 с.
3. Силушин П.А. Совершенствование тепловой обработки фуражного зерна с обоснованием параметров микронизатора: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.20.01. Рязань: Рязанский государственный агротехнологический университет имени профессора П.А. Косты-чева, 2016, 234 с.
4. Кердяшов Н.Н. Кормление сельскохозяйственных животных и технология кормов: учебное пособие. Пенза: ПГАУ, 2022, 317 с. - URL: https://lib.rucont.ru/efd/806885 (дата обращения: 28.10.2023).
5. Петряев А.Л., Чупшев А.В. Основные методы обеззараживания зерна. Вклад молодых ученых в инновационное развитие АПК России: сборник статей Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых. Том II. Пензенский ГАУ. Пенза: РИО ПГАУ, 2021, с. 99-101.
6. Петряев А.Л., Чупшев А.В. Анализ видов тепловой обработки зерна при производстве кормов. Организационно-методические аспекты повышения качества образовательной деятельности и подготовки обучающихся по программам высшего и среднего профессионального образования: сборник статей III Всероссийская (национальная) научно-методическая конференция. Том II. Пензенский ГАУ. Пенза: РИО ПГАУ, 2021. -с. 55-58.
7. Хрусталев Е.И., Курапова Т.М., Гончаренок О.Е., Молчанова К.А. Корма и кормление в аква-культуре: учебник. Санкт-Петербург: Лань, 2022, 388 с. ISBN 978-5-8114-2342-2. Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. - URL: https://e.lanbook.com/book/209717 (дата обращения: 28.10.2023). - Режим доступа: для авториз. пользователей.
8. Хрусталев Е.И., Курапова Т. М., Гончаренок О. Е., Чебан К. А. Корма и кормление рыб в аква-культуре. 3-е издание, стереотипное. Санкт-Петербург: Лань, 2023, 388 с. ISBN 978-5-507-47288-8.
9. Патент РФ № 2013120404/13, 30.04.2013. Микронизатор // Патент России № 2559001. 10.08.2015 Бюл. № 22. / Афанасьев В.В., Мещеряков Э.Б., Кочанов Д.С.
10. Патент РФ № 2011128532/13, 08.07.2011. СВЧ-индукционная установка для микронизации зерна // Патент России № 2502450. 27.12.2013 Бюл. №36. / Кириллов Н.К., Новикова Г.В., Белова М.В., Белов А.А.
11. Патент РФ № 2014120554/13, 21.05.2014. Устройство для термообработки зерна // Патент России № 2556899. 20.07.2015 Бюл. №20. / Шувалов А.М., Чернов Д.С., Машков А.Н., Шулаев Г.М., Вота-новская Н.А.
12. Петряев А.Л., Чупшев А.В. Установка для тепловой обработки зерна при производстве кормов. Технологии, машины и оборудование в сельском хозяйстве. сборник научных трудов научно-практической конференции. Кинель, 2022, с. 80-83.
13. Технический регламент Таможенного союза "О безопасности зерна" / [Электронный ресурс] // Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов: [сайт]. — URL: https://docs.cntd.m/documenV902320395 (дата обращения: 23.10.2023).
14. ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике (ССНТ). Основные понятия. Термины и определения. Официальное издание. Надежность в технике: Сб. ГОСТов. - Москва: ИПК Издательство стандартов, 2002 г.
15. ГОСТ 13586.4-83 Зерно. Методы определения зараженности и поврежденности вредителями. Официальное издание. Зерно. Методы анализа: Сб. ГОСТов. - Москва: ИПК Издательство стандартов, 2001 г.
UDC 632.08
DOI 10.36461/N P.2023.68.4.020
DESIGN OF A DEVICE FOR HEAT TREATMENT OF GRAIN FOR FEED PRODUCTION
A.L. Petryaev1, graduate student; A. V. Chupshev1, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor; V. P. Teryushkov1, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor; V.V. Konovalov2, Doctor of Engineering Sciences, Professor.
1FederaL State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Penza State Agrarian University", Penza, Russia, (9273) 872 244, e-mail: petryaev.a.l@pgau.ru;
2Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Penza State Technological University", Penza, Russia, (8412) 690-320, e-mail: konovalov-penza@rambler.ru
Modern science in the field of agriculture is actively Looking for promising ways and technological equipment to destroy harmful microflora in feed grains before feeding farm animals, which, in turn, should increase the quality and nutritional value of feed. The technological process of processing feed grain, namely disinfection, imposes special requirements on the designs of devices for heat treatment of grain crops. Based on the analysis of well-known engineering solutions for the heat treatment of grain, a promising direction for the development of a device for the heat treatment of feed grain is substantiated [1-3].The work is aimed at improving the efficiency of disinfection by improving the technological process and design of the device for heat treatment of grain in feed production and is relevant for the agroindustrial complex of the Russian Federation.The article describes the design, the technological scheme of operation, the result of laboratory experiment of a new device for heat treatment of grain in feed production. The application of the device can result in the improvement of the quality of preparation of feed grain for processing, the increase of nutritional value of feed grain and the degree of uniform disinfection of the dried crop, which minimizes the need for a separate procedure aimed at stopping the microflora.
Keywords: heat treatment, infrared radiation source, micronizer, feed grain, feed, quality, nutritional value, technological process, microflora, hay bacillus.
Reference
1. Makartsev N.G. Feeding farm animals: a textbook for universities. 3rd edition, revised and expanded Kaluga: Noosphere, 2012 642 p.
2. Lisunova L.I. Feeding farm animals: a textbook. Edited by V.S. Tokarev. Novosibirsk: Novosibirsk State Agrarian University, 2011, 294 p.
3. Silushin P.A. Improving the heat treatment of feed grain with justification of the parameters of the micronizer: dissertation for the degree of Candidate of Engineering Sciences: 05.20.01. Ryazan: Ryazan Kostychev State Agrotechnological University, 2016, 234 p.
4. Kerdyashov N.N. Feeding of farm animals and feed technology: a textbook. Penza: PSAU, 2022, 317 p. - URL: https://lib.rucont.ru/efd/806885 (date of application: 10/28/2023).
5. Petryaev A.L., Chupshev A.V. The main methods of grain disinfection. The contribution of young scientists to the innovative development of the Russian agro-industrial complex: collection of articles of the All-Russian scientific and practical conference of young scientists. Volume II. Penza State University. Penza: PPD PSAU, 2021, pp. 99-101.
6. Petryaev A.L., Chupshev A.V. Analysis of the types of heat treatment of grain in feed production. Organizational and methodological aspects of improving the quality of educational activities and training of students in higher and secondary vocational education programs: collection of articles of the III All-Russian
(national.) Scientific and Methodological Conference. Volume II. Penza State University. Penza: PPD PSAU, 2021. -pp. 55-58.
7. Khrustalev E.I., Kurapova T.M., Goncharenok O.E., Molchanova K.A. Feed and feeding in aquaculture: textbook. Saint Petersburg: Lan, 2022, 388 p. ISBN 978-5-8114-2342-2.
8. Khrustalev E.I., Kurapova T. M., Goncharenok O. E., Cheban K. A. Fish feed and feeding in aquaculture. 3rd edition, stereotypical. Saint Petersburg: Lan, 2023, 388 p. ISBN 978-5-507-47288-8. Text: electronic // Lan: electronic library system. - URL: https://e.lanbook.com/book/353708 (date of application: 10/28/2023). -Access mode: for authorization. users.
9. Patent of the Russian Federation No. 2013120404/13, 30.04.2013. Micronizer //Russian Patent No. 2559001. 08/10/2015 Issue No. 22. / Afanasyev V.V., Meshcheryakov E.B., Kochanov D.S.
10. Patent of the Russian Federation No. 2011128532/13, 08.07.2011. Microwave induction plant for grain micronization // Russian Patent No. 2502450. 12/27/2013 Issue No.36. / Kirillov N.K., Novikova G.V., Belova M.V., Belov A.A.
11. Patent of the Russian Federation No. 2014120554/13, 05/21/2014. Device for heat treatment of grain // Russian Patent No. 2556899. 07/20/2015 Issue No. 20. / Shuvalov A.M., Chernov D.S., Mashkov A.N., Shulaev G.M., Votanovskaya N.A.
12. Petryaev A.L., Chupshev A.V. Installation for heat treatment of grain in feed production. Technologies, machinery and equipment in agriculture. collection of scientific papers of the scientific and practical conference. Kinel, 2022, pp. 80-83.
13. Technical regulations of the Customs Union "On grain safety" / [Electronic resource] // Electronic fund of legal and regulatory documents: [website]. — URL: https://docs.cntd.ru/document/902320395 (date of request: 10/23/2023).
14. GOST 27.002-89 Reliability in engineering (SSNT). Basic concepts. Terms and definitions. The official publication. Reliability in technology: Collection of GOSTs. - Moscow: PPC Publishing House of Standards, 2002
15. GOST 13586.4-83 Grain. Methods for determining infestation and damage by pests. The official publication. Grain. Methods of analysis: Collection of GOSTs. - Moscow: PPC Publishing House of Standards, 2001
