CC BY
10
Seric Z. Nurushev, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, nurushev54@mail.ru
YuriyA. Ushakov, Doctor of Technical Sciences, Professor, 1u6j1a159@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-7383-5442
Ekaterina V. Spiridonova. Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, ekvls@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-0972-2467
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: all authors have made an equivalent contribution to the preparation of the publication. The authors declare no conflict of interests.
Статья поступила в редакцию 28.02.2022; одобрена после рецензирования. 18.03.2022; принята к публикации 18.03.2022.
The article was submitted 28.02.2021; approved after reviewing 18.03.2022; accepted for publication 18.03.2022. -♦-
Научная статья
УДК 631.363.001.66
doi: 10.37670/2073-0853-2022-94-2-98-102
Направления усовершенствования экспандеров для приготовления белковых кормов
Игорь Евгеньевич Припоров1, Александр Васильевич Огняник2, Магомет Хусеинович Аушев3
1 Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина, Краснодар, Россия
2 Всероссийский научно-исследовательский институт табака, махорки и табачных изделий,
Краснодар, Россия
3 Ингушский государственный университет, г. Назрань, Россия
Аннотация. Производство качественных и недорогих кормов на основе сельскохозяйственного сырья - основной путь повышения рентабельности и конкурентоспособности производства животноводческой продукции, обеспечения её импортозамещения и высокого качества. Известно, что в структуре себестоимости животноводческой продукции 50 -70 % всех затрат приходится на долю кормов. Один из наиболее эффективных и перспективных способов термомеханической обработки кормов для повышения их питательной ценности - экспандирование. Экспандирование позволяет изготавливать комбикорма в виде нетвёрдой крупки, значительно улучшает качество корма, особенно у труднопрессуемых компонентов. Проведён анализ способов усовершенствования экспандеров. Показано, что модернизация экспандеров, применяемых в АПК России, должна быть направлена на изменение шнековой матрицы и конструктивно-режимных параметров, что позволит повысить эффективность процесса экспандирования.
Ключевые слова: экспандер, экспандированные корма, кормовая база, производительность, пресс-гранулятор, усовершенствование.
Для цитирования: Припоров И.Е., Огняник А.В., Аушев М.Х. Направления усовершенствования экспандеров для приготовления белковых кормов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 2 (94). С. 98 - 102. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2022-94-2-98-102.
Original article
Directions for improving expanders for the preparation of protein feed
Igor E. Priporov1, Alexander V. Ognyanik2, M.Kh. Aushev3
1 Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin, Krasnodar, Russia
2 All-Russian Scientific Research Institute of Tobacco, Shag and Tobacco Products, Krasnodar, Russia
3 Ingush State University, Nazran, Russia
Abstract. The production of high-quality and inexpensive feed based on agricultural raw materials is the main way to increase the profitability and competitiveness of livestock production, ensure its import substitution and high quality. It is known that in the structure of the cost of livestock products, 50-70 % of all costs are accounted for by feed. One of the most effective and promising methods of thermomechanical processing of feed to increase its nutritional value is expansion. Expanding makes it possible to produce mixed fodder in the form of non-solid grains, significantly improves the quality of the fodder, especially for difficult-to-compress components. The analysis of ways to improve expanders has been carried out. It is shown that the modernization of expanders used in the agro-industrial complex of Russia should be aimed at changing the screw matrix and design-mode parameters, which will increase the efficiency of the expansion process.
Keywords: expander, expanded feed, feed base, productivity, press granulator, improvement.
For citation: Priporov I.E., Ognianik A.V., Aushev M.Kh. Directions for improving expanders for the preparation of protein feed. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2022; 94(2): 98-102. (In Russ.). https:// doi.org/10.37670/2073-0853-2022-94-2-98-102.
Производство качественных кормов из сельскохозяйственного сырья является основой повышения рентабельности и конкурентоспособности отечественной животноводческой продукции, залогом успешного выполнения стратегической задачи - обеспечения её импортозамещения. В структуре себестоимости животноводческой продукции 50 - 70 % всех затрат приходится на корма, поэтому основным условием увеличения её объёмов является модернизация системы производства комбикормов и кормовых добавок. Они должны быть сбалансированы по питательности в соответствии с потребностями, полом и возрастом скота, а также обладать высокими вкусовыми качествами, биологической безопасностью при низкой себестоимости [1].
Один из наиболее эффективных способов термомеханической обработки кормов для повышения их питательной ценности - экспандирование. Основные преимущества экспандеров - меньшая энергоёмкость, более долгий срок службы рабочих органов, высокий уровень ввода жидких компонентов, улучшенные качество и усваивае-мость кормов, устранение вредных для питания компонентов. Совершенствование конструктивно-режимных параметров экспандера представляет собой сложную, но важную и актуальную задачу, решение которой способствует изучению влияния различных факторов на повышение эффективности процесса экспандирования [2].
Углублённая переработка фуражного зерна для кормления свиней, крупного рогатого скота и птицы является общепризнанным направлением в производстве комбикормов для животноводства. «Взрыв» зерна при экспандировании за счёт комбинированного воздействия давления и температуры обеспечивает увеличение переваримости питательных веществ на 10 - 15 % с влажностью материала до 26 %, что позволяет использовать пудрет в качестве добавки в смесь с зерном. Плохие технологические качества пудрета (способность к налипанию на рабочие детали обрабатывающих машин) не позволяют осуществлять его обработку в естественном виде на экспандере. В имеющихся рекомендациях по кормлению сельскохозяйственных животных установлено, что максимальное процентное включение пудрета в смеси с зерновыми компонентами не должно превышать 30 %. Поисковыми опытами установлено, что такое соотношение пудрета с фуражным зерном обеспечивает устойчивый режим обработки получаемой смеси без налипания материала на детали экспандера.
В существующих конструкциях экструдеров и экспандеров применяется пассивная одно- и многоканальная матрица, закреплённая неподвижно в корпусе самого экспандера и позволяющая получить конечный продукт цилиндрической формы с взорванной микропористой внутренней
структурой после достижения давления прессования 2,3 МПа и температуры 180 - 200 °С. Недостатком применения пассивных матриц является ограниченная возможность увеличения площади проходного её сечения выше предельно допустимых уровней, необходимых для обеспечения теплового «взрыва» зерна на её выходе. Увеличение же числа каналов до двух и выше приводит к значительному усложнению конструкции экспандера [3].
Мировой опыт применения различных способов обработки семенного сырья для приготовления кормов, к которым относятся термический, гидротермический и термомеханический, свидетельствует о наиболее перспективном из них - экспандировании. Применение экспандера в технологической линии по термической обработке высокопротеиновых культур позволяет получить высококачественный продукт. Процесс экспанди-рования направлен на изготовление комбикорма в форме нетвёрдой крупки, способствующей положительному влиянию на процесс усвояемости животными, на улучшение его качества, особенно из труднопрессуемых компонентов. Экспандант, полученный в результате процесса экспандирования, используется вместо гранул. Экспанди-рование позволяет получать кормовую массу, в которую добавляют кормовой жир, мелассу, рыбный гидролиз и прочие жидкие добавки. Кроме того, его структура в результате экспандирования получается пористой, что делает возможным проникновение ферментов, преобразующих корма в экспандант. Экспандирование - экструдирование, отличающееся благоприятными условиями и технологическими особенностями [1].
Современные экспандеры характеризуются высокой технологической надёжностью, лёгкостью в управлении и обслуживании. Выпускаемые экспандеры оборудованы автоматизированными системами управления технологическим процессом, которые позволяют проводить сбор информации по технологическому процессу работы основных узлов установки, поддерживают их в рациональном режиме [4].
Материал и методы. Инженеры компании «Амандус Каль» (Германия), усовершенствуя конструкцию экспандера, оснастили выпускное его отверстие кольцеобразной матрицей, схожей с матрицей пресс-гранулятора, но без роликовых бегунов. В результате был создан экспандер с головкой в форме короны [5] (рис. 1). Он схож с коронообразной формой первой матрицы, оборудованной зазорами вместо сверлёных отверстий. Основным его составным элементом является кольцевой зазор в виде гидравлического выдвижного конуса, который работает на выпускном отверстии коронообразной матрицы и совершает возвратно поступательные движения. В зависимости от положения конуса в матрице
происходит открытие отверстий для получения гранул и осуществляется процесс гранулирования - экспандирования. Экспандер с головкой в форме короны позволяет получать гранулы одинаковой структуры. При его эксплуатации улучшаются технологические свойства корма и его питательная ценность [5].
Рис. 1 - Экспандер OE «Amandus Kahl» (общий вид)
Рассмотрим конструкцию экспандера OE фирмы «Amandus Kahl» (рис. 2). Экспандер включает загрузочный бункер и цилиндрический корпус, внутри которого размещается шнековый вал. Внутри корпуса имеются изнашиваемые сменные детали - стопорные болты, которые тормозят движение продукта, вызывая его нагрев и повышение давления. Из парораспределителя через форсунки внутрь корпуса подаётся пар.
В торце корпуса экспандера имеется выпускное кольцо, зазор в котором регулируется перемещением конического поршня, благодаря чему можно изменять давление внутри корпуса в диапазоне от 0 до 50 бар. Поршень перемещается штоком гидравлического цилиндра.
Производительность различных моделей экспандеров OE составляет от 2 до 60 т/ч, установленная мощность - от 30 до 600 кВт, диаметр шнека - от 150 до 450 мм, его длина - от 1900 до 3000 мм.
В Белорусской государственной сельскохозяйственной академии разработаны влаготепловой
метод обработки сырья, в том числе вторичного, и экспандер с изменяемой длиной предматричной камеры. Для нагрева обрабатываемого материала на корпусе шнековой камеры экспандера для переработки фуражного зерна, в том числе и зерна ржи, в рабочей зоне установлены кольцевые электронагревательные устройства элементного типа [6]. Обработка в экспандере способствует уменьшению общей обсеменённости сырья, полному уничтожению колиобразных бактерий, кишечной палочки, плесневых грибков и сальмонеллы; происходит гидролизация крахмала, расщепление антипитательных веществ; получаемая продукция является практически пастеризованной; разрушаются жирорасщепляющие ферменты, не снижается содержание витаминов, аминокислот и их биологической активности, повышается срок хранения продукции, сохраняются её вкусовые качества [6, 7].
Среди российских брендов экспандеров известны ЭК-75 (АНЦ «Донской», Зерноград, Ростовская область), ДЭК-5 (ОАО «ВНИИКП», Москва) и экспандер серии МВП (МК «Технэкс», Екатеринбург) (рис. 3 - 5).
Экспандер ЭК-75 предназначен для получения высококачественных экспандированных комбикормов на малых внутрихозяйственных предприятиях. Он обеспечивает снижение энергопотребления, высокую сохранность каротина при вводе растительной массы, дезактивацию антипитательных веществ, патогенной микрофлоры и плесневых грибов, повышение усвояемости кормов.
Экспандер ДЭК-5 обеспечивает дополнительную тепловую обработку комбикорма за счёт трения и прохождения его через регулируемый кольцевой зазор, получение обеззараженного корма и передачу экспандата на измельчение.
Машиностроительная компания «Технэкс» выпускает оборудование для экспандирования, которое используются перед грануляторами. Экспандер серии МВП характеризуется меньшими
5
Рис. 2 - Экспандер OE «Amandus Kahl»:
1 - привод; 2 - парораспределитель; 3 - корпус; 4 - шнек; 5 - выпускная горловина; 6 - загрузочная горловина; 7 - форсунка; 8 - кольцевой зазор; 9 - конусный поршень; 10 - шток гидроцилиндра
энергозатратами, увеличенным сроком службы запчастей, а также повышением качества гранул и производительности пресс-гранулятора. Экспандер размещается в технологической линии, в которой на комбикорм воздействует пар при 120 °С с последующим сжатием под давлением. На выходе из него происходит падение давления
Рис. 3 - Экспандер ЭК-75, «АНЦ «Донской» [2] ■ j
-1г
Рис. 4 - Экспандер ДЭК-5 «ВНИИКП»
Рис. 5 - Экспандер серии МВП (МК «Технэкс»)
и продукт теряет часть влаги (до 50 %), что сопровождается увеличением в объёме. При этом в нём сохраняются витамины, аминокислоты и другие питательные вещества [4].
Вывод. Анализ наиболее популярных усовершенствованных экспандеров показал, что в качестве сырья для приготовления корма целесообразно использовать рожь. Они предпочтительнее по сравнению с экструдерами. Модернизация экспандера направлена на изменение шнековой матрицы. Производительность зарубежных экспандеров изменяется в широком диапазоне (2.. .60 т/ч), а отечественных - 0,08.30 т/ч.
Совершенствование экспандеров должно быть направлено на модернизацию их конструктивно-режимных параметров, что является важной и актуальной задачей, которая позволит повысить эффективность процесса экспандирования.
Список источников
1. Технологии и оборудование для производства комбикормов и премиксов: учеб. пособие / В.И. Пахо-мов, Д.В. Рудой, С.В. Брагинец и др. Ростов-на-Дону: ДГТУ, 2019. 228 с.
2. Сапа В.Ю. Анализ результатов исследования режимов работы экспериментального винтового пресса (экспандера) для производства высокоэффективных кормов для сельскохозяйственных животных // 3i: intellect, idea, innovation - интеллект, идея, инновация. 2020. № 4. С. 61 - 67.
3. Шаршунов В.А., Червяков А.В., Понталев О.В. Выбор конструкции и параметров экспандера для обработки зерна и его смесей с нетрадиционным сырьём // Весщ Нацыянальнай акадэмп навук Беларуси Серыя аграрных навук. 2007. № 3. С. 101 - 107.
4. Анализ состояния и перспективы развития производства комбикормов и кормовых добавок для животноводства: науч. аналит. обзор / В.Ф. Федоренко, Н.П. Мишуров, С.А. Давыдова и др. М: ФГБНУ «Рос-информагротех», 2019. 88 с.
5. Хайнрих фон Райхенбах. Гранулирование без пресс-гранулятора // Свиноводство. 2011. № 7. С. 22 - 23.
6. Козлов С.И. Переработка зерна при производстве комбикормов с использованием новых технологий // Вестник Барановичского государственного университета. Серия: Физико-математические науки. Технические науки. 2013. № 1. С. 175 - 182.
7. Козлов С.И. Результаты экспериментальных исследований процесса экспандирования зерна ржи // Конструирование, использование и надёжность машин сельскохозяйственного назначения. 2015. № 1 (14). С. 51 - 55.
References
1. Technologies and equipment for the production of animal feed and premixes: textbook. allowance / V.I. Pak-homov, D.V. Rudoy, S.V. Braginets et al. Rostov-on-Don: DSTU, 2019. 228 p.
2. Sapa V.Yu. Analysis of the results of studying the operating modes of an experimental screw press (expander) for the production of highly efficient feed for farm animals. 3i: intellect, idea, innovation. 2020; 4: 61-67.
3. Sharshunov V.A., Chervyakov A.V., Pontalev O.V. The choice of the design and parameters of the expander
for processing grain and its mixtures with non-traditional raw materials. Bulletin of the National Academy of Sciences of Belarus. Series of agricultural sciences. 2007; 3: 101-107.
4. Analysis of the state and prospects for the development of the production of feed and feed additives for livestock: scientific. analyte review / V.F. Fedorenko, N.P. Mishurov, S.A. Davydova et al. M: Rosinformagrotech, 2019. 88 p.
5. Heinrich von Reichenbach. Granulation without press-granulator. Pig breeding. 2011; 7: 22-23.
6. Kozlov S.I. Grain processing in the production of animal feed using new technologies. Bulletin of the Baranovichi State University. Series: Physical and mathematical sciences. Technical science. 2013; 1: 175-182.
7. Kozlov S.I. Results of experimental studies of the process of expanding rye grain. Design, use and reliability of agricultural machines. 2015; 14(1): 51-55.
Игорь Евгеньевич Припоров, кандидат технических наук, доцент, i.priporov@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-8201-2819.
Александр Васильевич Огняник, кандидат технических наук, научный сотрудник, mail@kubsau.ru МагометХусеинович Аушев, кандидат технических наук, доцент, aiinggu@yandex.ru
Igor E. Priporov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, i.priporov@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-8201-2819
Alexander V. Ognyanik, Candidate of Technical Sciences, Researcher, mail@kubsau.ru Mohammed Kh. Aushev, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, aiinggu@yandex.ru
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: all authors have made an equivalent contribution to the preparation of the publication. The authors declare no conflict of interests.
Статья поступила в редакцию 04.03.2022; одобрена после рецензирования 25.03.2022; принята к публикации 25.03.2022.
The article was submitted 04.03.2022; approved after reviewing 25.03.2022; accepted for publication 25.03.2022. -♦-
Обзорная статья УДК 361.363
doi: 10.37670/2073-0853-2022-94-2-102-106
Основные тенденции совершенствования пресс-грануляторов
Павел Алексеевич Ольховик1, Владимир Александрович Шахов1, Юрий Александрович Хлопко1, Андрей Петрович Козловцев1, Лариса Владимировна Межуева2, Владимир Владимирович Шахов1, Григорий Владимирович Шахов3
1 Оренбургский государственный аграрный университет, Оренбург, Россия
2 Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия
3 Лицей № 7, Оренбург, Россия
Аннотация. Кормоприготовительные машины играют ключевую роль в отрасли животноводства. Современное кормопроизводство широко использует пресс-грануляторы, которые позволяют получить качественный, энергетически сбалансированный корм. Представлены результаты анализа рабочего пространства и рабочих органов пресс-грануляторов, которые применяются в России на комбикормовых заводах. Показано, что основным их недостатком является нерациональное использование энергии и, как следствие, снижение потенциальной производительности. Совершенствование этих машин основано на энергосбережении, повышении качества однородности смеси, устранении потерь при боковом вытеснении кормосмеси.
Ключевые слова: кормоприготовление, смешивание, смеситель, гранулирование, пресс-гранулятор, нанокомпоненты.
Для цитирования: Основные тенденции совершенствования пресс-грануляторов / П.А. Ольховик, В.А. Шахов, Ю.А. Хлопко и др. // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 2 (94). С. 102 - 106. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2022-94-2-102-106.
Original article
The main trends in the improvement of press granulators
Pavel A. Olkhovik1, Vladimir A. Shakhov1, Yuri A. Khlopko1, Andrey P. Kozlovtsev1, Larisa V. Mezhueva2, Vladimir V. Shakhov1, Grigory V. Shakhov3
1 Orenburg State Agrarian University, Orenburg, Russia
2 Orenburg State University, Orenburg, Russia
3 Lyceum No. 7, Orenburg, Russia
Abstract. Feed machines play a key role in the livestock industry. Modern fodder production widely uses press granulators, which make it possible to obtain high-quality, energy-balanced feed. The results of the analysis of the working space and working bodies of press granulators, which are used in Russia at feed mills, are
