CC BY
35
DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11228 УДК 631.363.2:636.085.54
Производительность установки фракционного измельчения и производства смесей концентрированных и лечебных кормов
в. и. СыровАткА, доктор технических наук,
академик ран, зав. отделом
н. в. Жданова, инженер-исследователь (e-mail:
vip-zhdanova-nat-77@mail.ru)
А. д. оБУХов, инженер
Институт механизации животноводства - филиал Федерального научного агроинженерного центра ВИМ, поселение Рязановское, пос. Знамя Октября, 31, Москва, 108823, Российская Федерация
Резюме. В статье представлены новое конструктивное исполнение и принцип работы двух технологически связанных и автономно работающих машин: установки фракционного измельчения и производства смесей концентрированных зерновых кормов (мелкая, средняя и крупная фракция помола) или их смесей и установки для приготовления кормоле-карственных смесей, в которой в качестве наполнителя для производства первичного премикса используют мелкую или среднюю фракции помола. В установке для приготовления кормолекарственных смесей первичный премикс производят, используя серийный измельчитель-смеситель, например, лабораторную мельницу МЛ-1, разовая порция дозы - до 500 г, соотношение лечебного препарата (лекарства) и наполнителя 1:1, время обработки 45 с. Установки могут быть использованы в хозяйствах с потребностью 5...20 т комбикормов в сутки. В составе установки фракционного измельчения целесообразно использовать вертикальную молотковую дробилку со сменяемыми цилиндрическими решетами высотой 200.250 мм, внутренний диаметр цилиндрического решета - 500 мм, зазор между ним и концами молотков - 1.2 мм. Количество молотков определяется исходя из того, что сумма их толщины должна однократно перекрывать высоту перфорированной части решета. Установленная мощность электродвигателя для привода молотковой дробилки составляет 5.6 кВт/т производительности. Вибродозатор работает от электродвигателя мощностью 0,2.0,3 кВт с частотой 1500 об/мин. Предложен способа расчета производительности установок фракционного измельчения и производства концентрированных смесей, который позволяет подобрать наиболее целесообразный вариант оборудования, обеспечивающий максимальную эффективность его эксплуатации, с учетом потерь рабочего времени по различным причинам.
Ключевые слова: установка фракционного измельчения, установка кормолекарственных смесей, однородность смеси, минеральные, витаминные и лечебные премиксы, лечебные корма, методика расчета, режим псевдоожиженного слоя. Для цитирования: Сыроватка В. И., Жданова Н. В., Обухов А. Д. Производительность установки фракционного измельчения и производства смесей концентрированных и лечебных кормов// Достижения науки и техникиАПК. 2018. Т. 32. № 12. С. 101-104. DOI: 10.24411/0235-2451-2018-11228.
Комбикорм - энергетическая основа рациона животных и птицы. В соответствии с научно обоснованными нормами кормления с концентратами сельскохозяйственная птица должна получать 93...95 % общей энергии корма, свиньи - 80.85 %, крупный рогатый скот молочного направления продуктивности -40.45 % [1]. По данным Росстата на кормовые цели используют 43.44 млн т зерна, а производство комбикормов в 2014-2016 гг. составляло 24,0.25,6 млн т в год. В соответствии с программой развития животноводства производство полноценных комбикормов в России только для удовлетворения потребностей
сельскохозяйственных организаций должно быть доведено к 2025 г. до 38,0 млн т. Мировое производство комбикормов составляет около 1 млрд т в год [2, 3].
При этом их помол должен быть равномерным, фракционный состав для каждого вида и возраста животных и птицы - оптимальным, а содержание мучной пыли и крупных частиц не превышать допустимых норм (ГОСТ Р 51550-2000 01.01.2001).
В связи с переходом отрасли на индустриальную основу становится все сложнее выявлять и лечить больных особей. Поэтому распространение получил способ группового скармливания смесей или комбикормов с биологически активными веществами (витамины, аминокислоты, лекарственные препараты). Механизация их приготовления многократно снижает затраты труда, повышает эффективность профилактических и лечебных мер, предохраняет поражение обслуживающего персонала [4]. Особенность смешивания лекарственных препаратов с наполнителем заключается в широком варьировании их соотношений (1:500; 1:1000; 1:100000 и более).
В последние годы ветеринарное состояние в животноводстве нашей страны резко ухудшилось, поэтому возникла необходимость в оборудовании для приготовления лечебных, минеральных, витаминных добавок и лечебных премиксов. Кроме того, наблюдается спрос на установки для фракционного измельчения и производства смесей концентрированных кормов производительностью 2. 3 т/ч. В современной комбикормовой промышленности России насчитывается около 500.600 предприятий, среди которых много новых, оснащенных дорогостоящим иностранным оборудованием, в связи с чем стоимость их продукции высока, а это, в свою очередь, ведет к повышению себестоимости животноводческой продукции. Сегодня существует острая необходимость в создании отечественного импортозамещающего оборудования и высокоэффективных технологий [3].
Таблица 1. требования к однородности комбикормов
Коэффициент вариации однородности смеси (Vc), %
Качество комбикор-
ма
Корректирующие действия
<10 отличный не требуется 10...15 хороший увеличить время смешивания на 25...30 % 15...20 удовлетво- увеличить время смешива-рительный ния на 50 %;
проверить состояние оборудования;
исключить недогрузку и перегрузку;
изменить последовательность загрузки компонентов. >20 плохой возможна комбинация
выше названных проблем. выявить технические причины, произвести ремонт и _настройку_
Важный показатель качества комбикормов - однородность смешивания, которая характеризуется соответствующим коэффициентом вариации (табл. 1). Отличное качество комбикорма достигается при величине этого показателя не более 10 %. В остальных случаях необходимо предпринимать те или иные корректирующие действия для доведения его до необходимого уровня.
Качество смешивания во многом зависит от размера частиц ингредиентов, входящих в состав комбикормов. Чем крупнее помол, тем хуже качество смешивания. При производстве лечебных кормов размер частиц особенно важен. Следует иметь ввиду, что с увеличением среднего размера частиц коэффициент вариации состава комбикорма возрастает независимо от времени смешивания (табл. 2) [5].
Таблица 2. влияние размера частиц на эффективность смешивания
Средний размер частиц комбикорма, мкм Время смешивания, мин.
0,5 | 1,5 | 3,0
Коэффициент вариации однородности смеси, %
<699 35,1 8,3 8,8 100...899 43,1 10,3 8,7 >900 50,1 14,3 11,6
При производстве комбикормов содержание в них витаминов В1, В2, В6 не превышает 10 г/т, а, например, фолиевой кислоты, витамина В12, биотина, селенита натрия, солей кобальта, йода - 1 г/т [6]. Перечисленные биологически активные вещества необходимы для производства высокоэффективных комбикормов, поскольку они обеспечивают до трети повышения продуктивности животных [7]. В комбикорма их вводят в составе премиксов, масса наполнителей в которых в несколько раз больше, чем этих препаратов.
Размеры частиц солей микроэлементов, используемых в комбикормовом производстве, варьируют от пылевидных до крупных (1...2 мм). Даже при незначительном превышении допустимых норм они могут быть высоко токсичны для живых организмов. Кроме того, отдельные минеральные элементы способны к биоаккумуляции [6]. Поэтому, приобретая премиксы, необходимо обращать внимание на гранулометрический состав их компонентов.
Цель исследований - обоснование выбора производительности установки фракционного измельчения и производства концентрированных смесей для приготовления минеральных, витаминных, кормолекарственных смесей.
Условия, материалы и методы. В хозяйствах, которые не пользуются услугами комбикормовых заводов, но располагают условиями и достаточным набором ингредиентов для производства собственных качественных комбикормов, целесообразно использовать комбикормовые установки (агрегаты). В зависимости от суточной потребности их производительность составляет 1.2 т/ч, 2.3 т/ч и 3.4 т/ч (первая цифра обозначает производительность установки на тонком помоле, вторая - на крупном). Для расчета производства комбикормов в смену можно принять среднюю величину соответственно 1,5; 2,5 и 3,5 т/ч и умножить на время чистой работы агрегата в смену (6 часов). Для большинства хозяйств лучше всего подходят установки с производительностью 2.3 т/ч (15 т/смену).
Установка фракционного измельчения и производства смесей концентрированных кормов (рис. 1) [8, 9] работает следующим образом. Исходное сырье пропускают через магнитный сепаратор 1 и распределительным шнеком
поочередно загружают в приемные бункера 2, сообщенные с электровибродозатором 3. При включенном электродвигателе 18 и работающей дробилке дозированный поток ингредиентов попадает в загрузочный бункер 4, посторонние предметы остаются на тканом сите 5. При открытом регулировочном механизме 6 и отверстии в крышке дробилки 7 поток сырья попадает на диски направляющие 8, ударяется молотками 11, установленными на осях 15 и отбрасывается на цилиндрическое решето 9. Посторонние предметы остаются в камере улавливания 10, а измельченная смесь из-за решетного пространства, днища дробилки 13, накопительного поддона 12, из корпуса дробилки 16 и коллектора 14, выжимается воздушным потоком, создаваемым ротором 17 и усиливаемым вакуумом центробежного вентилятора 20. Далее по кормопроводу 19 она нагнетается в циклон 22, в котором происходит отделение смеси от воздуха. Металлические и другие тяжелые частицы собираются в накопительном поддоне 12. Отработанный воздух через выхлопную трубу 21 выбрасывается в атмосферу, а измельченная смесь высыпается в сепаратор 23 и попа-
рис. 1. Установка фракционного измельчения и производства смесей концентрированных кормов: 1 - магнитный сепаратор; 2 - приёмные бункеры; 3 - вибродозатор; 4 - загрузочный бункер дробилки; 5 - тканое сито; 6 - регулировочный механизм; 7 - крышка дробилки; 8 - направляющие диски; 9 - цилиндрическое решето; 10 - камера улавливания посторонних предметов; 11 - молотки; 12 - накопительный поддон; 13 - днище дробилки; 14 - коллектор; 15 - ось ротора; 16 - корпус дробилки; 17 - вал ротора; 18 - электродвигатель; 19 - кормопровод; 20 - центробежный вентилятор; 21 - выхлопная труба; 22 - циклон; 23 - сепаратор; 24 - тканое сито; 25 - скатная плоскость; 26 - электровибратор.
дает на тканое сито 24, которое приводится в движение от электровибратора 26. Сход с сита подается в дробилку на повторное измельчение, а проход - со скатной плоскости 25 собирается в тару - это готовая кормовая смесь.
Степень измельчения готового продукта регулируется установкой (заменой) в сепараторе соответствующих тканых сит. Практика показывает, что в зависимости от вида и влажности зерна сход составляет 10...15 %, а проход - 85...90 %. Частота и сила вибраций регулируется.
Использование такой установки благодаря целенаправленной подаче смесей фуражного зерна по всему периметру камеры измельчения к месту разрушения между молотками и решетом, выводу измельченных частиц из дробилки пневмосистемой по мере их образования, а также рассеву на сепараторе, обеспечивает равномерный фракционный помол (модуль помола 1,8 против 2,4 на серийной дробилке), снижение удельных затрат энергии (в 1,9...2,7 раза) и удельных эксплуатационных затрат (на 29 %) [10].
Важное значение имеют оптимальные конструктивные параметры вертикальной дробилки: высота решета 200.250 мм, его внутренний диаметр - 500 мм, зазор между которым и концами молотков составляет 1.2 мм [11].
Практика показывает, что коэффициент однородности смешивания при использовании существующих смесителей составляет 0,80.0,85 [12]. Поэтому в установке для приготовления кор-молекарственных смесей (рис. 2) реализован новый способ, который осуществляется в три этапа [13]. Работает она следующим образом. В измельчитель-смеситель 1, в котором в течение 45 секунд происходят процессы измельчения и смешивания, засыпают лечебный препарат и на-Рис. 2. Установка для при- полнитель в соотношении готовления кормолекарственых 1:1, разовой п°рцией 500 смесей: 1 - измельчитель- г. Получившийся первич-смеситель; 2 - загрузочное ный премикс направляют устройство; 3 - загрузочный через загрузочный шлюз шлюз; 4 - шaр°в°й смеситеш 3 в шаровой смеситель кормолекарственных смесей; 4, вместимостью 20 кг, в
5 _ внутренняя п°вeрхн°cть который из загрузочного рабочей камеры; 6 - направ- „ „ _
ляющий обтекатель; 7 - лопасть устройства 2 добавляют вертикальная; 8 - лопасть пло- 2 кг дозы наполнителя. ская; 9 - вал; 10 - выгрузное Закрепленные на приво-устройство; 11 - задвижка. дном валу 9 лопасти 7 и
8 захватывают обрабатываемый материал, равномерно распределяют его по всему периметру (360°) внутренней поверхности рабочей камеры
5 и поднимают вверх. Далее направляющий обтекатель
6 плавно переводит движение материала снизу-вверх в движение сверху-вниз, чему также способствует всасывающая сила от лопаток 7 и 8. В результате по всему объему смесителя 4 образуется равномерный псевдоожиженный слой, с равномерно распределяющимися ингредиентами смеси, которые смешивают 2.3 мин. По окончании процесса из загрузочного устройства 2 добавляют оставшееся
количество наполнителя (8 кг) и осуществляют смешивание в течение 3 мин. После этого при открытой задвижке 11 готовые лечебные корма выгружают через выгрузное устройство 10 в специальную тару и под наблюдением ветеринарных работников, скармливают животным. Смесь (вторичный премикс) витаминных, минеральных, аминокислотных и других добавок готовят таким же способом и загружают в один их приемных бункеров 2 установки фракционного измельчения.
результаты и обсуждение. Ориентировочный расчет производительности установки фракционного измельчения и производства смесей концентрированных кормов проводят для каждого хозяйства индивидуально. Исходным фактором при этом служит объем производства смесей для конкретного хозяйства в час, смену или сутки. Часто возникает потребность в запасе кормов на выходные дни. Этот вопрос решается индивидуально, например, установка работает в две смены.
Поскольку вместимость склада готового сырья при каждом цехе составляет не менее суточного запаса, что обеспечивает независимость работы цеха от потребления комбикормов фермой в течение суток, то при расчетах удобно пользоваться производственной программой на сутки [14].
В случае если N - производственная программа, а 7рс - фонд рабочего времени в сутки, то теоретическая производительность ^ ), т/ч должна быть равна:
^ = П)
При определении фонда рабочего времени смены следует учитывать особенности сельскохозяйственного производства: ограниченные возможности использования цеха в ночное время, когда фермы не потребляют корма, а склады не отпускают сырье; во многих хозяйствах в ночное время не работают технические службы и др.
Действительная производительность ^д) значительно выше теоретической ^т). Ее можно рассчитать по формуле:
в = д/ или в = вл
Т /у1 д т 1и
/ Чис
П„С =4^-. ИЛИ Я
/и '°.с
/=п Т -
1=1 ' г, ,
(2)
(3)
где 7п - сумма потерь рабочего времени суток по i-м причинам. Величину пис - отношение времени бесперебойной работы установки в сутки к суммарному времени работы и простоев за тот же период называют коэффициентом использования. Он показывает долю времени работы установки в общем фонде времени и характеризует уровень ее эксплуатации по надежности, затратам времени на переналадки, регулировки и др. Например, если пис = 0,75, значит линия работает 75 % фонда времени суток, а ее производительность не используется на 25 %.
Для полного анализа возможностей повышения действительной производительности коэффициент использования установки рассчитывают как функцию частых безразмерных коэффициентов потери времени по различным причинам [15], тогда:
Пис = Щ С2 С3 . Сп,^
где Сп, - коэффициент, учитывающий простои по i-й причине. Частные коэффициенты рассчитывают по формуле:
С1 = 1 - Тп1 / 7„ (4)
где С1 - частный коэффициент использования рабочего времени, учитывающий простои, например, по тех- 103
ническим неисправностям; Тп1 - сумма потерь рабочего времени в сутки по техническим неисправностям.
С2 = 1 - Тп2 / Т,с. (5)
где С2 - частный коэффициент использования рабочего времени, учитывающий простои на регулировки, а Тп2 - соответствующие потери времени. Аналогичным образом определяют частные коэффициенты по другим видам потерь.
Суммарный коэффициент потерь рабочего времени по /-тым причинам будет равен:
= £9, (6)
/и
где G¡ - потери производительности по /-той причине.
В этом случае формула (2) примет вид:
ед = ет|(7)
/и
На основании частных коэффициентов использования рабочего времени можно рассчитывать потери
производительности по каждому виду простоя. Так, потери производительности по причинам технической неисправности будут равны:
^С1 = ^ Тп1 / Т„). (8)
Из-за простоев на регулировки:
^с2 = ^ (Тп2 / Тр.с.). (9)
По результатам таких расчетов можно составить баланс производительности, который удобно выражать графически. Его анализ позволяет подобрать наиболее целесообразный вариант установки, который обеспечивает минимальные потери производительности.
выводы. Использование предложенного способа расчета производительности установок фракционного измельчения и производства концентрированных смесей для приготовления минеральных, витаминных, кормолекарственных смесей для животных и птиц позволяет подобрать наиболее целесообразный вариант оборудования, обеспечивающий максимальную эффективность его эксплуатации.
Литература.
1. Морозов Н. М. Цифровые автоматизированные технологии в животноводстве - основа модернизации отрасли // Вестник всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства ВНИИМЖ. 2018. № 2 (30). С. 61-69.
2. ЕМИССза 2013-2017гг. //Единая межведомственная информационно-статистическая система (ЕМИСС) [Электронный ресурс]. URL: https//fedstat.ru (дата обращения: 18.08.2017).
3. Афанасьев В. А. Состояние и основные тенденции развития комбикормовой промышленности России: межведомственный тематический сборник. Минск: «Белорусская наука», 2018. Вып. 51. С. 155-160.
4. Способ приготовления кормолекарственной смеси / Сыроватка В. И. и др. // Авторское свидетельство № 1050152. Опубл. 22.06.1983.
5. Крюков В. С. Производство однородных комбикормов и качество премиксов // НКС: Национальный Кормовой Союз [Электронный ресурс]. URL: http://www.nfpu.ru/ru/pravovaya-zashchita/tekhnicheskie-reglamenty/item/download/45_2ca5ce5c 5fbcdd0da2f63e493653ba5e (дата обращения: 01.02.2018).
6. Спесивцев А. Процесс смешивания при производстве комбикормов // Комбикорма. 2016. № 3. С. 37-41.
7. Кормовые смеси, зоотехнические требования к их приготовлению [Электронный ресурс]. URL: http://vikidalka.ru/2-200909.html(дата обращения: 01.02.2018).
8. Сыроватка В. И., КомарчукА. С., Обухов А. Д. Устройство для измельчения сыпучих кормов // Патент RU 2252074. Опубл. 20.05.2005. Бюл. № 14.
9. Сыроватка В. И., Комарчук А. С., Обухов А. Д. Устройство для измельчения фуражного зерна // Патент RU 2266160. Опубл. 20.12.2005.
10. Шкондин В. Н. Разработка способа измельчения кормового зерна и обоснование параметров двухступенчатого измельчителя: дис.... канд. технич. наук. Зерноград, 2018. 173 с.
11. Сыроватка В.И. Машинные технологии приготовления комбикормов в хозяйствах. М: ФГУП «Типография «Россельхо-закадемии», 2010. С. 206-208.
12. Коновалов В. В., Чупшев А. В., Фомина М. В. Моделирование изменения качества смеси лопастного смесителя на основе технологических параметров //Инновационная техника и технология. 2016. № 3 (08). С. 56-66.
13. Сыроватка В. И., Обухов А. Д., Комарчук Т. С. Установка для приготовления кормолекарственных смесей // Патент RU 2635367. Опубл.13.11.2017.
14. Волкевич Л. И. Надежность автомеханических линий: учеб. пособие для студентов машиностроит. вузов и фак. М: Машиностроение, 1969. 308 с.
Installations for Fractional Crushing and Production of Mixtures of Concentrated and Medical Forages
V. I. Syrovatka, N. V. Zhdanova, A. D. Obukhov
Institute of Mechanization of Animal Husbandry, Federal Scientific Agricultural Engineering Center of All-Russian Mechanization Institute, poselenie Ryazanovskoe, pos. Znamya Oktyabrya, 31, Moskva, 108823, Russian Federation
Abstract. The article presents a new design and principle of operation of two technologically related and autonomously working machines. One of them is the installation for fractional grinding and production of mixtures of concentrated grain feeds or their mixtures; the second is an installation for the preparation of feed-drug mixtures, in which fine or medium fractions are used as filler for the production of primary premixes. In the installation of feed-drug mixtures, the primary premix is produced using a serial shredder-mixer, for example, laboratory mill ML-1; a single dose portion is up to 500 g; the ratio of the therapeutic drug (medicine) and the filler is 1:1; the treatment time is 45 s. These installations can be used in farms with a need of 5-20 tons of feed per day. In the structure of the installation of fractional grinding it is advisable to use a vertical hammer crusher with replaceable cylindrical sieves with the height of 200-250 mm, the inner diameter of the cylindrical sieve of 500 mm, and the gap between the sieve and the ends of the hammers of 1-2 mm. The number of hammers is determined based on the fact that the sum of their thickness should once overlap the height of the perforated part of the sieve. The installed capacity of the electric motor to drive the hammer crusher is determined empirically and is 5-6 kW/t. The vibrobatcher is powered by an electric motor with a power of 0.2-0.3 kW, a frequency of 1500 rpm. A method for calculating the performance of fractional grinding installations and the production of concentrated mixtures, which allows you to choose the most appropriate equipment option that ensures maximum efficiency of its operation, taking into account the loss of working time for various reasons, is proposed.
Keywords: fractional crushing installation; installation of feed-drug of mixtures; uniformity of mixture; mineral, vitamin and medical premixes; calculation method; mode of fluid bed.
Author Details: V. I. Syrovatka, D. Sc. (Tech.), member of the RAS, head of division; N. V. Zhdanova, research engineer (e-mail: vip-zhdanova-nat-77@mail.ru); A. D. Obukhov, engineer.
For citation: Syrovatka V. I., Zhdanova N. V., Obukhov A. D. Installations for Fractional Crushing and Production of Mixtures of Concentrated and Medical Forages. Dostizheniyanaukiitekhniki APK. 2018. Vol. 32. No. 12. Pp. 101-104 (in Russ.). DOI: 10.24411/02352451-2018-11228.
