CC BY
16
изобретение Ru, № 2677978 С1, МПК, A01F 29/00, Заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО « Иркутский ГАУ им. А.А. Ежевского » заявл. 15.11.17; опубликовано 22.01.2019. Бюл. № 3.
5. Карпов В.В. Повышение эффективности технологического процесса подготовки кормовых корнеплодов к скармливанию: дис. ... канд. техн. наук / Воронежский государственный аграрный университет им. Императора Петра I. - Воронеж, 2018.
6. Шуханов С.Н., Доржиев А.С. Режущий аппарат измельчителя корнеклубнеплодов / Патент на полезную модель Ru, № 186473 U1, МПК, A01F 29/00, B02C 18/06, заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО « Иркутский ГАУ им. А.А. Ежевского » заявл.18.10.17; опубл. 22.01.19. Бюл. № 3.
7. Боровиков В. STATISTICA: Искусство анализа данных на компьютере (с CD-ROM). - 2 изд. -Питер, 2003.
8. Вуколов Э.А. Основы статистического анализа: практикум по статистическим методам и исследованию операций с использованием пакетов «Statistica» и «Excel». - М.: Форум, 2004. - 464 с.
9. Халафян А. А. «STATISTICA 6. Статический анализ данных. - 3-е изд. М.: ООО «Бином-Пресс», 2007. - 512 с.
References
1. Shukhanov S.N., Boloev P.A., Kovaliv-nich V.D., Garmaev Zh.V. Opytnyy izmelchitel korneklubneplodov // Vestnik APK Verkhnevolzhya. -2014. - No. 2 (26). - S. 86-87.
2. Shukhanov S.N., Boloev P.A., Kovaliv-nich V.D., Dorzhiev A.S. Modernizatsiya tekhnich-
eskikh sredstv dlya izmelcheniya korneklubneplodov // Agrarnaya nauka. - 2015. - No. 5. - S. 30-31.
3. Shukhanov S.N., Kuzmin A.V., Sosorov E.V. Sovershenstvovanie tekhnicheskikh sredstv dlya izmelcheniya korneplodov // Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2016. -No. 3 (59). - S. 93-95.
4. Khabardin V.N., Shukhanov S.N., Dorzhiev A.S. Izmelchitel korneklubneplodov / Patent na izobretenie Ru, No. 2677978 S1, MPK, A01F 29/00, Zayavitel i patentoobladatel FGBOU VO «Irkutskiy GAU im. A.A. Ezhevskogo» zayavl. 15.11.17; opub-likovano 22.01.2019. Byul. No. 3.
5. Karpov V.V. Povyshenie effektivnosti tekhno-logicheskogo protsessa podgotovki kormovykh korneplodov k skarmlivaniyu: dis. ... kand. tekhn. nauk / Voronezhskiy gosudarstvennyy agrarnyy uni-versitet im. Imperatora Petra I. - Voronezh, 2018.
6. Shukhanov S.N., Dorzhiev A.S. Rezhushchiy apparat izmelchitelya korneklubneplodov / Patent na poleznuyu model Ru, No. 186473 U1, MPK, A01F 29/00, B02C 18/06, Zayavitel i patentoobladatel FGBOU VO «Irkutskiy GAU im. A.A. Ezhevskogo» zayavl.18.10.17; opublikovano 22.01.19. Byul. No. 3.
7. Borovikov V. STATISTICA: Iskusstvo analiza dannykh na kompyutere (s CD-ROM), 2-e izd. Piter, 2003.
8. Vukolov E.A. Osnovy statisticheskogo analiza. Praktikum po statisticheskim metodam i issledovani-yu operatsiy s ispolzovaniem paketov «Statistica» i «Excel». - M.: Forum, 2004. - 464 s.
9. Khalafyan A.A. STATISTICA 6. Staticheskiy analiz dannykh. 3-e izd. - M.: OOO «Binom-Press», 2007. - 512 s.
+ + +
УДК 631.363.2
В.Г. Игнатенков, М.Б. Тельпук, В.В. Шлапаков V.G. Ignatenkov, M.B. Telpuk, V.V. Shlapakov
МАТРИЧНЫМ СМЕСИТЕЛЬ-ГРАНУЛЯТОР ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОРМОВЫХ ДОБАВОК НА ОСНОВЕ САПРОПЕЛЯ
MATRIX MIXER-PELLETER FOR PRODUCTION OF SAPROPEL-BASED FEED SUPPLEMENTS
Ключевые слова: сапропель, витаминно-кормовая добавка, смеситель-гранулятор, однородность смешивания.
Проведенные исследования показали, что целесообразно использование сапропелекормовой добавки в гранулированной форме для длительного сохранения ее
питательных качеств и точного дозирования при скармливании сельскохозяйственным животным. В качестве агрегата для приготовления сапропелекормовой добавки предложен матричный смеситель-гранулятор с парогенератором нормированной подачи пара в камеру смешивания. Проведены экспериментальные исследования, выявлены рациональные конструктивные параметры
смесителя-гранулятора: частота вращения 300 об/мин.; толщина матрицы 40 мм, диаметр отверстий 5 мм; 2 лопатки смешивания. Определены физико-механические свойства гранул сапропелекормовой добавки для выявления соответствия зоотехническим требованиям. При таких значениях будет высокая удельная производительность Q = 140 кг/ч и однородность А = 93% при снижении затрат мощности до значения N = 2,5 кВт.
Keywords: sapropel, vitaminized feed supplement, mixer-pelleter, mixing homogeneity.
The studies have shown the feasibility of using sapropel-based feed supplement in pellet form. This ensures long-
term preservation of its nutritional qualities and accurate dosing when fed to farm animals. A matrix mixer-granulator with a steam generator was proposed to prepare sapropel-based feed supplement. Normalized steam is supplied to the mixing chamber. Experimental studies were carried out and rational design parameters of the mixer-pelleter were revealed: rotation frequency of 300 rpm; matrix thickness of 40 mm, diameter of openings of 5 mm; 2 mixing blades. To identify compliance with the animal nutrition requirements, the physicomechanical properties of the sapropel-based feed pellets were determined. In this case, there will be a high specific productivity of Q = 140 kg h and uniformity A = 93% while reducing the power consumption to a value of N = 2.5 kW.
Игнатенков Валерий Геннадьевич, к.т.н., доцент каф. «Эксплуатация и ремонт МТП», Великолукская государственная сельскохозяйственная академия. E-mail: [email protected].
Тельпук Михаил Борисович, к.т.н., доцент каф. «Эксплуатация и ремонт МТП», Великолукская государственная сельскохозяйственная академия. E-mail: [email protected].
Шлапаков Виктор Валерьевич, магистрант, Великолукская государственная сельскохозяйственная академия. E-mail: [email protected].
Ignatenkov Valeriy Gennadyevich, Cand. Tech. Sci., Assoc. Prof., Chair of Machinery and Tractor Fleet Operation and Repair, Velikiye Luki State Agricultural Academy. E-mail: [email protected].
Telpuk Mikhail Borisovich, Cand. Tech. Sci., Assoc. Prof., Chair of Machinery and Tractor Fleet Operation and Repair, Velikiye Luki State Agricultural Academy. E-mail: [email protected].
Shlapakov Viktor Valeryevich, master's degree student, Velikiye Luki State Agricultural Academy. E-mail: [email protected].
Введение
Задача повышения питательности рационов кормления сельскохозяйственных животных в настоящее время является актуальной. Это связано с проблемой интенсификации выпуска продукции животноводства, которая не может быть решена без научно обоснованной организации использования природных ресурсов. В сапропеле содержится большое количество каротина, витаминов группы В, фолиевая кислота, стимуляторы роста, гормоны, антибиотики [1-3]. В то же время использование сапропеля естественной влажности, в качестве минерально-витаминной подкормки для сельскохозяйственных животных без дополнительной подготовки трудоемко и экономически нецелесообразно [4]. Однако проблемой является и длительное хранение кормовых добавок без потери их качественных характеристик. Одно из возможных решений - гранулирование, то есть придание продукту определенной плотности и геометрической формы для длительного хранения.
Материалы и методы исследований
В целях улучшения ситуации необходимо создание новых агрегатов по приготовлению и переработке высокопитательного кормового материала животным с расширением их функциональ-
ных возможностей и внедрение оборудования в поточные линии производства витаминно-кормо-вых добавок на основе местных природных органических ресурсов, одним из которых является сапропель.
Из анализа работ, проведенных исследователями, можно сделать выводы, что качество производимого витаминно-кормового материала, в большинстве случаев, не удовлетворяет зоотехническим требованиям по гранулометрическому составу и степени однородности, а используемые в технологическом процессе машины энергоемки [5, 6].
Теоретические исследования проводились на основе применения законов и методов классической механики, с использованием известных положений теории планирования эксперимента, математического моделирования и методов математической статистики.
Экспериментальные исследования проводились в производственных условиях по методикам, при разработке которых использовались методы планирования многофакторного эксперимента с применением существующих ГОСТов на испытание сельскохозяйственной техники. Основные расчеты и обработка результатов экспериментов выполнялись с использованием специальных программных продуктов на компьютере.
Результаты исследования
Экспериментальные исследования проводились в условиях лаборатории с использованием разработанного матричного смесителя-грануля-тора сапропелекормовых добавок (рис. 1).
Камера смешивания матричного смесителя-гранулятора и механизм прессования разделены, подача через технологическое отверстие осуществляется именно шнеком.
Это сделано для предотвращения забивания фильер матрицы при превышении нормы подачи сапропелекормовой добавки к прессующим роликам и необходимого периода перемешивания компонентов в камере смешивания [7]. Частота вращения вала матричного смесителя-грануля-тора изменялась в диапазоне 200-300 об/мин.
Необходимо перемешивание лопатками при получении однородности многокомпонентной смеси. До разработки новой конструкции, предлагаемой нами, перемешивание происходило на
отдельном агрегате-смесителе, т.е. требовалось еще одна машина в линии гранулирования.
Между диаметром отверстий матрицы (решетки) и ее толщиной существует зависимость: чем больше отверстия матрицы, тем больше по толщине должна быть решетка для получения гранул необходимой плотности и твердости.
Параметрами, определяющими работоспособность и эффективность применения матричного смесителя-гранулятора, приняты однородность сапропелекормовой добавки (перед прессованием), мощность, производительность.
В результате многофакторного регрессионного анализа, выполненного на основании результатов экспериментальных исследований, установлена зависимость однородности сапропелекормовой добавки А от факторов: частота вращения вала, об/мин. (Ь1); толщина матрицы, мм (Ь2); количество лопаток, шт. (Ьз).
Рис. 1. Конструктивная схема матричного смесителя-гранулятора сапропелекормовых добавок: 1 - электродвигатель; 2 - цепь привода шнека дозатора; 3 - шнек дозатора; 4 - бункер для сапропеля; 5 - бункер для отрубей; 6 - парогенератор; 7 - лопатки смешивания; 8 - шнек для нормированной подачи сапропелекормовой добавки к механизму прессования; 9 - ролики для прессования сапропелекормовой добавки; 10 - матрица; 11 - нож; 12 - корпус смесителя-гранулятора;13 - вал смесителя-гранулятора; 14 - заслонка бункера для отрубей; 15 - заслонка бункера для сапропеля
После проведения повторного многофакторного регрессионного анализа было получено уравнение регрессии, описывающее влияние частоты вращения, используемого типа матрицы и количества лопаток на однородность получаемой смеси:
А = 67,4-0,134 Ь1- 0,054 Ь2+12,455 ЬЗ-0,394 ЬЗ2. (1) Поверхности отклика, построенные на основе регрессионного анализа, изображены на рисунке 2.
ш о о о
> 90 ■=: 88
< 83
< 78
< 73
< 68
< 63
< 58 <53
б
Рис. 2. Зависимость однородности: а - от частоты вращения вала и количества лопаток смешивания; б - от типа матрицы и количества лопаток смешивания
Ш
О О О ш
> 90
< 87
< 82
< 77
< 72
< 67
< 62 < 57
Принимая во внимание значение коэффициентов получаемой математической модели, анализируя поверхности отклика, отметили: в большей степени на однородность сапропелекормовой добавки влияют частота вращения вала и количество лопаток смешивания, в меньшей - тип матрицы (толщина и размер фильер).
Наибольшая степень однородности наблюдалась при частоте вращения вала 300 мин.-1, толщине матрицы 40 мм и диаметре отверстий 5 мм; 4 лопатках смешивания.
В результате многофакторного регрессионного анализа, выполненного на основании результатов экспериментальных исследований, установлена зависимость производительности сапропелекор-мовой добавки Q от факторов Ь1, Ь2, Ьз.
В ходе обработки экспериментальных данных было получено уравнение регрессии, описывающее влияние частоты вращения, используемого типа матрицы и количества лопаток на общую производительность матричного смесителя-гранулятора:
Q = - 6,689+€,134-Ь1+2,482-Ь2-0,894-Ьз. (2) Поверхности отклика, построенные на основе регрессионного анализа, изображены на рисунке 3.
В большей степени на производительность матричного смесителя-гранулятора влияют частота вращения вала и тип матрицы (толщина и размер фильер), в меньшей степени - количество лопаток. Наибольшая производительность наблюдалась при частоте вращения вала 300 мин.-1, толщине матрицы 60 мм и диаметре отверстий 10 мм, 2 лопатках смешивания.
В результате многофакторного регрессионного анализа, выполненного на основании результатов экспериментальных исследований, установлена зависимость мощности необходимой для гранулирования сапропелекормовой добавки от факторов: Ь1, Ь2, Ь3.
После проведения повторного многофакторного регрессионного анализа было получено уравнение регрессии, описывающее влияние частоты вращения, используемого типа матрицы и количества лопаток на затраты мощности на гранулирование сапропелекормовой добавки:
N = -4799,96+53,750 Ь1+46,875Ь2+37,500 Ь3--0,062-Ь1 -Ь2-0,125-Ь1-Ь3-0,312-Ь2-Ь3 -0,102Ь12-
-0,391Ь22+0,781Ь32. (3)
Поверхности отклика, построенные на основе регрессионного анализа, изображены на рисунке 4.
> 130
<172
<152
О <132
о < 112
<92
П <72
<52
Рис. 3. Зависимость производительности от частоты вращения вала и типа матрицы
а
> 2800 <2760 < 2660 <2560
< 2460 <2360
< 2260
б
Рис. 4. Зависимость мощности: а - от количества лопаток и частоты вращения вала; б - от типа матрицы и частоты вращения вала
> 2800 <2800 <2600 <2400 <2200 <2000
Отмечено значительное увеличение затрачиваемой мощности на гранулирование сапропелекормовой добавки при увеличении частоты вращения вала и уменьшении диаметра отверстий матрицы. В меньшей степени на мощность оказывает влияние увеличение количества лопаток. Рациональными значениями конструктивных параметров матричного смесителя-гранулятора для снижения энергозатрат будут: 2 лопатки смешивания; толщина матрицы 60 мм; частота вращения вала 200 мин.-1.
В то же время после анализа всех математических зависимостей и определения рациональных параметров матричного смесителя-грану-лятора, в целом, нужно найти правильное соотношение высокой однородности и производительности при минимальных затратах мощности.
Также необходимо учесть обязательную обработку составляющих сапропелекормовой добавки паром для придания липкости перед гранулированием. В случае отсутствия парогенератора прессования сапропелекормовой добавки не происходит.
Выводы
Гранулирование сапропелекормовой добавки дает возможность компактно и длительно храниться при фасовке в разнообразной таре, дози-рованно подаваться, при скармливании, с применением различных механизированных устройств, что снижает потери самой добавки и ее питательных качеств при перемещении, складировании.
Установлено, что перед прессованием сапропелекормовой добавки для придания смеси липкости и однородности необходимы обработка паром компонентов и перемешивание их лопатками, для чего в конструкции предусмотрен парогенератор с регулируемой подачей пара и лопатки смешивания.
Экспериментальные исследования показали следующие рациональные конструктивные параметры смесителя-гранулятора: частота вращения вала смесителя-гранулятора 300 об/мин.; толщина матрицы 40 мм, диаметр отверстий 5 мм; 2 лопатки смешивания. При таких значениях устанавливаются высокая удельная производительность Q = 140 кг/ч и однородность А = 93% при
снижении затрат мощности до значения N = 2,5 кВт.
Физико-механические свойства гранул сапропелекормовой добавки следующие: цвет гранул -светло-коричневый; средний вес гранулы - 0,5 г; длина гранулы - 15 мм; диаметр гранулы - 5 мм; плотность гранулы - 1250 кг/м3; влажность гранулы - 14%; крошимость гранулы - не более 5%.
Библиографический список
1. Игнатенков В.Г., Морозов В.В., Кара-сев Ю.А., Тельпук М.Б. Рулевое устройство для платформ малой и средней величины, используемых для разработки и добычи сапропеля // Известия Великолукской ГСХА. - 2015. - №4. - 3 с.
2. Морозов В. В. Технология и комплекс машин для послойной разработки сапропеля на удобрения (для условий Северо-Западной зоны РФ): дис. ... докт. техн. наук. - В. Луки, 1995. - 347 с.
3. Егоров И., Чеснокова Н., Присяжная Л. Сапропель в рационах цыплят-бройлеров // Передовой научно-производственный опыт в птицеводстве, экспресс информация. - Сергиев Посад, 1996. - № 1. - С. 28-29.
4. Игнатенков В.Г., Тельпук М.Б., Лаппо Е.Л., Шлапаков В.В., Иванов Е.А. Инерциоид для быстрого обезвоживания сапропеля // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. -2019. - № 3. - С. 166-170.
5. Титов В.А., Пикалов Ю.А., Секацкий В.С., Мерзликина Н.В. Грануляторы сырья, состояние и перспективы // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М.Ф. Решетнева. - 2012. - № 6 (46). -С. 197-200.
6. Морозов В.В., Игнатенков В.Г. Технология получения и использования витаминно-кормовой добавки на основе сапропеля // Российская школа по проблемам науки и технологий. - Екатеринбург: УрО РАН, 2003. - С. 319-321.
7. Булатов И. А. Разработка процесса прессового гранулирования мелкодисперсных сред на примере минеральных порошков и древесных отходов: дис. ... канд. техн. наук. - М., 2012. -190 с.
References
1. Ignatenkov V.G., Morozov V.V., Kara-sev Yu.A., Telpuk M.B. Rulevoe ustroystvo dlya platform maloy i sredney velichiny, ispolzuemykh dlya razrabotki i dobychi sapropelya // Izvestiya Velikoluk-skoy GSKhA. - 2015. - No. 4. - S. 3.
2. Morozov V.V. Tekhnologiya i kompleks mashin dlya posloynoy razrabotki sapropelya na udobreniya (dlya usloviy Severo-Zapadnoy zony RF): dis. ... dokt. tekhn. nauk. - V. Luki, 1995. - 347 s.
3. Egorov I. Sapropel v ratsionakh tsyplyat-broylerov / I. Egorov, N. Chesnokova, L. Prisyazhna-ya // Peredovoy nauchno-proizvodstvennyy opyt v ptitsevodstve, ekspress informatsiya. - Sergiev Posad, 1996. - No. 1. - S. 28-29.
4. Ignatenkov V.G., Telpuk M.B., Lappo E.L., Shlapakov V.V., Ivanov E.A. Inertsioid dlya bystrogo obezvozhivaniya sapropelya // Vestnik Altayskogo
gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2019. -No. 3. - S. 166-170.
5. Granulyatory syrya, sostoyanie i perspektivy / V.A. Titov, Yu.A. Pikalov, V.S. Sekatskiy, N.V. Merzlikina // Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta imeni akade-mika M.F. Reshetneva. - 2012. - No. 6 (46). -S. 197-200.
6. Morozov V.V., Ignatenkov V.G. Tekhnologiya polucheniya i ispolzovaniya vitaminno-kormovoy do-bavki na osnove sapropelya // Rossiyskaya shkola po problemam nauki i tekhnologiy. - Ekaterinburg: UrO RAN, 2003. - S. 319-321.
7. Bulatov I.A. Razrabotka protsessa pressovogo granulirovaniya melkodis-persnykh sred na primere mineralnykh poroshkov i drevesnykh otkhodov: dis. ... kand. tekhn. nauk. - M., 2012. - 190 s.
+ + +
