CC BY
27
МЕХАНИЗАЦИЯ
УДК 631. 353
Новые технологии послеуборочной переработки зерна и получения высококачественных кормов для животноводства
Сысуев Василий Алексеевич1,2, академик РАН, председатель президиума СВРАНЦ, директор,
Казаков Владимир Аркадьевич2, кандидат техн. наук, ст. научный сотрудник
ФГБНУ СВРАНЦ, г. Киров, Россия
2ФГБНУ «НИИСХ Северо-Востока», г. Киров, Россия
E-mail: niish-sv@mail.ru
Разработанные технологии производства кормов для животноводства в зависимости от фаз спелости зерна позволяют получать из одной культуры наибольшее количество видов зерновых кормов для животных с максимумом питательных веществ, минимизировать потери зерна при обмолоте зерновых культур, снизить энергозатраты на единицу получаемой продукции (корма) в результате уменьшения количества высушиваемого зерна. Фракционная технология плющения влажного фуражного зерна, новизна которой защищена патентом RU № 2371262, при переработке влажной зерновой массы позволяет сохранить наиболее ценную ее часть (семена) для дальнейшего воспроизводства, очистить фуражное зерно от примесей и получить из него высококачественный корм, в том числе и за счёт двухступенчатого плющения с одновременным консервированием, примеси утилизировать. Применение данной технологии позволяет снизить стоимость плющёного корма на 15...20%. Разработаны конструктивно-технологические схемы машин, защищённые патентами RU № 2399420 и RU № 2511308, позволяющие в одном устройстве выполнять операции технологии плющения влажного фуражного зерна как на стационарном пункте послеуборочной обработки зерна, так и непосредственно в поле, а универсальная плющилка по патенту RU № 2371063 осуществляет плющение зерна в одну или две ступени с последующим его консервированием в зависимости от влажности поступающего зерна. Проведённые исследования по новым технологиям и машинам могут быть использованы при заготовке кормов для различных групп животных в сельскохозяйственных предприятиях всех природно-климатических зон России.
Ключевые слова: технология, зерно, зерновой корм, фракционирование, двухступенчатое плющение, консервирование
Восполнение потерь питательных веществ, энергии и протеина у высокопродуктивных сельскохозяйственных животных осуществляется их сбалансированным кормлением: грубыми, зерновыми концентрированными кормами и продуктами их переработки, а также различными биодобавками. Патентные исследования и анализ научно-технической литературы, проведённые в НИИСХ Северо-Востока, показали следующее: каждая из рассмотренных технологий применяется самостоятельно, в отрыве от общего процесса получения зерна и продуктов его переработки, что приводит к необоснованным потерям как от проведения технологических операций, так и от снижения потребительских качеств получаемого конечного продукта, а производство некоторых относительно новых видов кормов, напри-
мер, хлопьев или плющеного консервированного (влажного) зерна, не всегда эффективно. Следовательно, совершенствование существующих и разработка новых технологий и технических средств получения кормов, приводящих к снижению издержек и повышающих потребительские качества при их производстве, является актуальной задачей.
Цель исследований - разработка новой общей технологии уборки зерновых культур и производства кормов для животноводства, учитывающей вид приготовляемого зернового продукта, в том числе плющёного корма, от фаз спелости зерна при его уборке, позволяющей наиболее полно использовать энергетический потенциал зерна для нужд сельскохозяйственного производства и значительно снизить издержки при получении кормов, а также
фракционной технологии плющения влажного фуражного зерна, способа плющения и консервирования зерна и технических средств для его осуществления, повышающих эффективность кормопроизводства.
Результаты и их обсуждение. В НИИСХ Северо-Востока разработана технология уборки зерновых культур и производства кормов для животноводства в зависимости от фаз спелости зерна перерабатываемой культуры (рис. 1), которая включает в себя известные и вновь предлагаемые способы уборки, послеуборочной обработки и переработки зерна. Технология включает в себя следующие последовательно выполняемые операции: скашивание и измельчение зерновых культур кормоуборочными комбайнами в фазе зерна молочно-восковой спелости для получения зерносенажа; скашивание и обмолот зерноуборочными комбайнами культур в фазе зерна восковой спелости с его транспортировкой на стационарный пункт для плющения и консервирования; при наступлении у обмолачиваемого зерна фазы полной спелости его доставка на механизированный ток с последующим фракционированием и переработкой: сушкой семенной фракции, утилизацией отходов, плющением и консервированием фуражного зерна; при влажности зернового материала 20% и ниже его сушка и послеуборочная обработка и переработка производятся по известным технологиям.
Повышение эффективности применения известных технологий производства зерновых кормов предлагается следующим образом. Известна технология (3) [1] (рис. 1), сущность которой заключается в том, что зерно начинают обмолачивать комбайнами в фазе молочно-восковой и восковой спелости и направляют на плющение с консервированием для получения корма для животных -плющеного зерна, несмотря на потери от недомолота вследствие его высокой влажности, а также потери от недобора питательных веществ, не успевших поступить в зерно из обмолачиваемой соломы и остающихся в ней (наибольшей питательности зерно достигает в фазе восковой спелости). Также известна технология (1) (рис. 1) [2], заключающаяся в заготовке объёмистого корма для животных - зерносенажа, приготовлен-
ного из растений зернофуражных или зерновых культур в оптимальную, с точки зрения выхода питательных веществ с гектара пашни, фазу вегетации - молочно-восковую спелость зерна.
Сравнивая сроки проведения технологических операций технологий (3) и (1), предлагается производить заготовку зерно-сенажа в фазу молочно-восковой спелости зерна, что позволит максимально использовать питательные вещества, находящиеся в этот период в растениях, а уборку зерновой культуры для получения зерна и направления его на плющение с консервированием начинать при достижении зерном фазы восковой спелости - технология (2) (рис. 1). Предложенные фазы уборки по технологиям (1) и (2) предотвращают потери не только от недобора питательных веществ в зерне, но и при обмолоте. Такой же сравнительный анализ проведён для технологии (2) и вновь разработанной технологии (4) (рис. 1) [3]. Зерновой материал, находящийся в фазе восковой спелости, имеет наивысшую питательность при довольно высокой влажности, поэтому целесообразно направлять его полностью на плющение с консервированием, а не на сушку, что позволит максимально сохранить полезность зерна при минимуме энергозатрат и капитальных вложений (отпадает необходимость в строительстве зерносушильных комплексов). При достижении обмолоченным зерном фазы полной спелости для сохранения семенного материала его направляют на фракционирование с разделением на три фракции: семенного зерна (отправляют на сушку в семенном температурном режиме с последующим сохранением), отходов (утилизируют) и фуражного зерна, которое отправляют или на плющение с консервированием и последующей закладкой на хранение, или на сушку в фуражном температурном режиме с последующим получением из него дробленого корма. Обмолоченное зерно влажностью меньше 20% экономически выгодно направлять целиком на сушку с послеуборочной обработкой и переработкой по известным технологиям.
Таким образом, последовательное применение известных и вновь разработанных
технологий уборки зерновых культур и производства кормов в зависимости от фаз спелости зерна позволяет получать из одной культуры разные зерновые корма для животных с максимально возможным количеством питательных веществ в растениях,
посредством уборки зерновых культур в оптимальные сроки; минимизировать потери при обмолоте зерновых культур; снизить энергозатраты на единицу получаемой продукции уменьшением количества высушиваемого зерна.
Рис. 1. Применение технологий производства зерновых кормов в зависимости от фаз спелости зерна перерабатываемой культуры
Технология (4) разработана в НИИСХ Северо-Востока, её новизна защищена патентом ЯИ №2371262 [4]. Техническое исполнение данной технологии может быть как стационарным (рис. 2), так и мобильным (рис. 3). Сущность технологии, выполняемой на стационарном пункте послеуборочной обработки и переработки зерна (ПОЗ), заключается в следующем.
Поступивший после обмолота с поля на ПОЗ влажный зерновой материал подается в машину предварительной очистки зерна, где происходит его разделение на три фракции: семенное и продовольственное зерно, фуражное зерно, отходы (примеси). Семенное и продовольственное зерно затем поступает на сушку с последующим сортированием и сохранением, отходы утилизируются, а выделенная фуражная фракция
транспортируется на плющение с последующим консервированием и закладкой на герметичное хранение.
Фракционирование зернового материала осуществляет воздушно-решетная машина МЗУ-20Д, разработанная и изготовленная в ПКБ совместно с НИИСХ Северо-Востока (по патенту ЯИ № 2513391), плющение и консервирование фуражной фракции - плющилка зерна двухступенчатая ПЗД-6, разработанная в НИИСХ Северо-Востока. Двухступенчатая плющилка зерна, техническая и технологическая новизна которой подтверждена отечественными и зарубежными патентами (ЯИ № 2399420, ЯИ № 2371063 и др.) [5, 6], по сравнению с одноступенчатыми аналогами более качественно производит технологический процесс плющения влажного зерна с последующей обработкой консервантом.
Рис. 2. Технологическая схема фракционной технологии плющения и консервирования влажного фуражного зерна на стационарном пункте (по патенту Яи №2371262)
Для выполнения технологических операций фракционной технологии плющения влажного фуражного зерна в поле разработана конструктивно-технологическая схема машины для плющения зерна (рис. 3), позволяющей в одном устройстве производить фракционирование зерна, плющение фуражной фракции при сохранении семенного и продовольственного зерна (при установке в очищающее устройство дополнительной секции решёт), утилизацию примесей (по патентам НИИСХ Северо-Востока: RU № 2399421, RU 2511308) [7, 8]. Машина состоит из плющилки зерна, очищающего устройства, приёмного бункера, привод рабочих органов может производиться от ВОМ трактора или электродвигателей. Устройства монтируются на общей раме, которая может быть установлена на шасси для доставки к месту проведения работ, например, непосредственно в поле. При этом как плющилка зерна, так и очищающее устройство могут выполнять свои технологические процессы совместно - как один агрегат, так и раздельно - в зависимости от применяемых технологий переработки зерна.
Проведены исследования машины, изготовлена её экспериментальная установка и опытный образец.
Рабочий процесс машины для плющения (по патенту RU № 2399421) осуществляется следующим образом (рис. 3). Поступивший, например, с поля после комбайнирова-
ния зерновой материал 12 загружается в бункер 3, откуда дозированно подается в питающее устройство - скребковый транспортёр 5.
Затем зерновой материал обрезинен-ными скребками 7 перемещается по нижней стенке 8 корпуса транспортера 5 (участок АВ) и поступает на подсевное решето (участок BC). Обрезиненные скребки транспортера, перемещающие зерновой материал по нижней стенке корпуса транспортера, включающей решета для сепарации BC и CD, одновременно очищают их от частиц зерен и примесей, застрявших в отверстиях решет, чем обеспечивают непрерывность процесса сепарации и, следовательно, подачи зерна на плющение, что повышает пропускную способность плющилки. Зерновой материал, перемещаемый по подсевному BC и колосовому CD решетам, очищается от примесей, и в плющилку попадает чистое фуражное зерно. Использование машины для плющения зерна обеспечивает выделение примесей из поступившего на плющение зернового материала, что приводит к повышению производительности плющения и улучшению качества получаемого корма. Установка в нижнюю стенку корпуса транспортёра дополнительной секции решёт (по патенту RU №2511308) позволяет, кроме выделения примесей, разделить зерно на семенное и фуражное: фуражное подать на плющение с консервированием, а семена отправить на сушку с последующей послеуборочной об-
работкой и сохранением; одно техническое устройство обеспечивает выполнение всех
операций фракционной технологии плющения влажного фуражного зерна.
8 9 1
—- короткие примеси, » > - подлежащее измельчению зерно х — » - поступивший на измельчение зерновой материал ■•■>■> - длинные примеси
а б
Рис. 3. Машина для плющения зерна: а - конструктивно-технологическая схема, б - общий вид; 1 - плющилка зерна; 2 - вальцы; 3 - загрузочный бункер; 4 - регулировочная заслонка; 5 - скребковый транспортер; 6 - приёмное устройство плющилки; 7 - скребки, 8 - нижняя стенка корпуса транспортера; 9, 10, 11 - приемники фракций; 12 - зерно
Одним из этапов усовершенствования технологий плющения и консервирования фуражного зерна является разработка технологии (способа) плющения влажного зерна с внесением в него раствора консерванта, новизна которой, а также технического устройства, подтверждена патентом ЯИ № 2371063 «Способ подготовки влажного зернового материала к скармливанию и устройство для его осуществления» [6]. На рисунке 4 приведена схема способа подготовки влажного зернового материала к скармливанию, включающего двухступенчатое плющение и консервирование влажного зернового материала в межвальцовом зазоре первой ступени плющения.
Технология (способ) подготовки влажного зернового материала к скармливанию включает в себя плющение на первой ступени зернового материала верхним основным 1 и верхним боковым 2 вальцами, плющение на второй ступени верхним основным 1 и нижним 3 вальцами, обработку зернового материала 4 раствором консерванта 5 в межвальцовом зазоре 27 при плющении на первой ступени верхним основным 1 и верхним боковым 2 вальцами. Влажное зерно поступает в питательный бункер 7 плющилки, откуда питающим вальцом 11 через загрузочное окно 9 подается в зону плющения 23. На по-
верхности 24 вращающихся верхнего основного 1 и верхнего бокового 2 вальцов плющилки зерна через форсунки 21 подается раствор консерванта 5 и образует на них равномерную по ширине пленку 25. Каждая из частиц зернового материала 4, поступившего однослойно в зону плющения 23, контактирует с рабочей поверхностью 24 верхнего основного вальца 1 и пленкой консерванта 25 (пятно контакта А), а затем с рабочей поверхностью 24 верхнего бокового вальца 2 и пленкой консерванта 25 (пятно контакта В). Далее зерновой материал направляется в межвальцовый зазор 27 между верхним основным 1 и верхним боковым 2 вальцами, где подвергается предварительному плющению. Находящаяся на вальцах пленка раствора консерванта 25 смачивает боковые поверхности зерен, часть консерванта вдавливается вальцами внутрь зерен через поры и трещины, образующиеся на их оболочках в процессе плющения, а оставшийся консервант обволакивает (смачивает) торцевые поверхности зерен. Таким образом, из межвальцового зазора на первой ступени плющения выходит зерновой материал 28, поверхности каждого из зерен которого обработаны раствором консерванта - решена задача по равномерности внесения и распределения консерванта.
7 11
21 9
5 22 1
24 26
31
-21 22
5
23 25
24
30 29 28
Рис. 4. Схема двухступенчатого плющения влажного зерна с обработкой консервантом на первой ступени плющения: А, В - пятна контакта, 1, 2, 3 - вальцы, 4 - зерно, 5 - консервант, 7 - питательный бункер, 9 - загрузочное окно, 11 - питающий валец, 24 - рабочая поверхность вальцов для плющения, 25 - пленка консерванта, 27, 30 - межвальцовые зазоры, 28, 29 - предварительно измельченный зерновой материал, 31 - готовый продукт
Зерна предварительно расплющенного зернового материала 28 ведут себя как упругое тело - частично восстанавливают свой объем при сокращении наружной поверхности (оболочки), при этом консервант, находящийся на поверхности зерен, будет частично втягиваться внутрь зерен, т. е. происходит объемное насыщение зерна 28 раствором консерванта, что приводит, по сравнению с поверхностной обработкой, к повышению скорости (или сокращению времени) протекания ферментативных процессов во влажном зерне после обработки его консервантом. Затем предварительно расплющенный обработанный консервантом зерновой материал попадает по направляющей пластине в межвальцовый зазор 30 для плющения на второй ступени, после чего выводится за пределы вальцового станка и поступает на хранение с последующим скармливанием 31. Использование новой технологии позволит получать более качественный концентрированный корм для животных за счет конструктивного исполнения плющилки зерна, обеспечивающей одновременно плющение и консервирование зернового материала, что приводит к повышению равномерности внесения и распределения консерванта, позволяющей длительно сохранять влажное плющеное зерно и
снизить время ферментации в плющеном консервированном зерне.
Выводы
1. Разработаны новые технологии производства зерновых кормов для нужд животноводства в зависимости от фаз спелости зерна, применение которых позволяет получать из одной зерновой культуры максимум видов зерновых кормов для животных с наибольшим содержанием питатель -ных веществ, минимизировать потери зерна при обмолоте зерновых культур, снизить энергозатраты на единицу получаемой продукции (корма) уменьшением количества высушиваемого зерна.
2. Фракционная технология плющения фуражного зерна (патент RU №2371262) при переработке влажной зерновой массы после обмолота дает возможность сохранить наиболее ценную ее часть (семена), очистить фуражное зерно от примесей и получить из него качественный корм за счёт двухступенчатого плющения, примеси утилизировать. Применение данной технологии позволяет снизить стоимость плющёного корма на 15...20%.
3. Использование новой технологии плющения и консервирования зерна (патент RU №2371262) позволит получать качественный корм для животных за счет оригинального конструктивного исполнения
3
плющилки зерна с одновременным консервированием влажного зернового материала, что повышает сохраняемость готового корма без снижения его потребительских качеств.
Список литературы
1. Сысуев В.А., Сыроватка В.И., Попов В.Д. и др. Рекомендации по заготовке и использованию высоковлажного фуражного зерна. М.: Россельхо-закадемия, 2006. 130 с.
2. Леушин С.В., Сечин В.А. Зерносенаж в кормлении животных // Молочное и мясное скотоводство. 1998. № 6/7. С. 2-4.
3. Сысуев В.А., Савиных П.А., Казаков В.А. Технологии плющения зерна и устройства для их осуществления // Научно-технический прогресс в сельском хозяйственном производстве: Материалы междун. науч.-практич. конференции. Минск: РУП НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства, 2007. Т.2. С. 75-80.
4. Способ для фракционирования и последующего плющения зернового материала и устройства для его осуществления: пат. 2371262 Рос. Федерация, № 2008103297; заявл. 28.01.2008; опубл. 27.10.2009, бюл. №30. 12 с.: ил.
5. Вальцовый станок: пат. 2399420 Рос. Федерация, №2009100228/03; заявл. 11.01.2009; опубл. 20.09.2010, бюл. № 26.
6. Способ подготовки влажного зернового материала к скармливанию и устройство для его осуществления: пат. 2371063, Рос. Федерация, №2008106298/13; заявл. 18.02.2008; опубл. 27.10.2009, бюл. №30.
7. Вальцовая плющилка для зерна: пат. 2399421 Рос. Федерация, № 2009101533/03; заявл. 19. 01 2009; опубл. 20.09.2010, бюл. №26.
8. Вальцовая плющилка зерна: пат. 2511308 Рос. Федерация, №2012130115/13; заявл. 16.07.2012; опубл. 10.04.2014, бюл. №10. 5 с.: ил.
New technologies of post-harvest processing of grain and obtaining of high-quality fodders for animal husbandry
Sysuev V.A.1'2, academician of RAS, chairman of presidium of NERASC, director, Kazakov V.A.2, PhD in technical sciences, senior researcher, North-East Regional Agrarian Scientific Center, Kirov, Russia 2North-East Agricultural Research Institute, Kirov, Russia
Developed technologies of fodder production for animal husbandry according to grain maturity stages allow to obtain maximal number of grain fodders for animals with maximum nutrition matters from the same crop; to minimize grain losses at crushing of cereals; to reduce energy costs per unit of fodder as a result of amount of drying grain. Fractional technology of flattening of wet forage grain which novelity is protected by patent RU № 2371262 at processing of wet grain mass allows to preserv its most valuable part (seeds) for further reproducing; to clean farage grain from impurities; and to obtain high-quality fodder including grain obtained by two-step flattening with simultaneous conservation. Using of the technology allows to reduce cost of flattered grain by 15...20%. Constructive-technological schemes of machines were designed protected with patents RU № 2399420 and RU № 2511308 allow to make technological operations of flattening of wet farage grain by the one machine both at stationary site of post-harvesting grain processing and in the field; universal flatters by patent RU № 2371063 makes grain flattening with one or two-step technology with its further conservation according to water content of grain. Conducted researches on new technologies and machines may be used at fodder production for different groups of animils in agricultural economies of all nature-climatic zones of Russia.
Ключевые слова: technology, grain, grain fodder, fractioning, two-step flattening, conservation
References
1. Sysuev V.A., Syrovatka V.I., Popov V.D. i dr.
Rekomendatsii po zagotovke i ispol'zovaniyu vyso-kovlazhnogo furazhnogo zerna. [Recommendations on laying-in and use of high-moisture forage grain]. Moscow: Rosselkhozacademy, 2006. 130 p.
2. Leushin S.V., Sechin V.A. Zernosenazh v kormlenii zhivotnykh. [Grain-hay in animal feeding]. Molochnoe i myasnoe skotovodstvo. 1998. no. 6/7. pp. 2-4.
3. Sysuev V.A., Savinykh P.A., Kazakov V.A. Tekhnologii plyushcheniya zerna i ustroystva dlya ikh osushchestvleniya. [Technologies of grain flattening and tools for their implementation]. Nauchno-tekhnicheskiy progress v sel'skom khozyaystvennom proizvodstve. Materialy mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, g. Minsk, RUP NPTs NAN Belarusi po mekhanizatsii sel'skogo khozyaystva. [Scientific-and-technic progress in agricultural industry. Materials of
international scientific-practical conference, Minsk, RUP NPC NAN Belarus on mechanization of agriculture]. Vol.2, 2007. pp.75-80.
4. Sposob dlya fraktsionirovaniya i posle-duyushchego plyushcheniya zernovogo materiala i ustroystva dlya ego osushchestvleniya [Way for fraction-ing and following flattening of grain material and tools for its implementation]: patent. RF no. 2371262, 2009.
5. Val'tsovyy stanok [Roller mill]: patent RF no. 2399420, 2010.
6. Sposob podgotovki vlazhnogo zernovogo materiala k skarmlivaniyu i ustroystvo dlya ego osushchestvleniya [Way of preparation of wet grain material for feeding and tool for its implementation]: patent RF no. 2371063, 2009.
7. Val'tsovaya plyushchilka dlya zerna [Roller flatter for grain]: patent RF no. 2399421, 2010.
8. Val'tsovaya plyushchilka zerna [Roller grain flatter]: patent RF no. 2511308, 2014.
