CC BY
3
УДК 631.363.7 DOI 10.51794/27132064-2022-3-63
УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ КОРМОВ
И.Е. Припоров, кандидат технических наук, доцент
Кубанский государственный аграрный университет им. И.Т. Трубилина
E-mail: [email protected]
Аннотация. Использование комбинированных кормов и смесей с биодобавками позволяет в несколько раз увеличить эффективность прироста живой массы животных, однако они требуют высокой степени однородности при смешивании. Смешиванием или перемешиванием называют процесс соединения объемов различных веществ с целью получения однородной смеси, то есть создания равномерного распределения частиц каждого компонента по объему путем перегруппировки их под действием внешних сил. Разработка новых подходов к повышению эффективности технологического процесса смешивания является стратегической задачей, стоящей не только перед комбикормовой индустрией. Кормовые смеси состоят из большого количества питательных веществ, необходимых для получения максимального биологического, продуктивного и экономического эффекта от животных и птицы. Сбалансированные кормовые смеси для крупного рогатого скота содержат до 10, для свиней - до 15-20, а для птицы - до 40-50 различных компонентов. Целью исследования является разработка конструкции устройства для смешивания кормов. Выполнение технологической операции в усовершенствованном устройстве для смешивания кормов позволяет повысить точность дозирования компонентов и качество их смешивания в условиях мелкого и среднего хозяйства. Разработанное устройство для смешивания кормов может быть применимо для приготовления и раздачи кормов сельскохозяйственным животным, а также позволяет проводить анализ качества компонентов корма, что невозможно выполнить серийными смесителями. Ключевые слова: смеситель, кормовая смесь, анализатор, мультимедийное устройство, однородность смеси, мелкое и среднее хозяйства, электронный блок управления, смешивание, компьютерная обработка.
Введение. Повышение продуктивности крупного рогатого скота, содержащегося на животноводческих фермах и комплексах, связано с осуществлением полной механизации всех трудоемких производственных процессов, одним из которых является кормление животных [1]. Использование комбинированных кормов и смесей с биодобавками позволяет в несколько раз увеличить эффективность прироста живой массы животных, однако эти смеси требуют высокой степени однородности при смешивании. Смешиванием или перемешиванием называют процесс соединения объемов различных веществ с целью получения однородной смеси, то есть создания равномерного распределения частиц каждого компонента по объему путем перегруппировки их под действием внешних сил. Для этой цели в животноводстве используются разнообразные смесители кормов [2-6]. Среди комплекса мероприятий, направленных на интенсификацию животноводства, одно из центральных мест занимает
производство и приготовление кормов. При этом особое значение придается обеспеченности хозяйств собственными кормами, улучшению их качества, наиболее эффективному их использованию при наименьших затратах труда и средств [7]. В настоящее время специалисты, занимающиеся кормлением сельскохозяйственных животных и птицы, уделяют большое внимание разработке оптимального состава рационов по питательности и усвояемости. На производстве оптимизация рационов должна осуществляться с учетом качественного состава и стоимости компонентов, входящих в состав рациона. В кормлении животных немаловажная роль отводится полнорационным комбикормам [8].
Процесс смешивания кормов - завершающая операция в процессе приготовления кормовой смеси. Конечной целью смесепри-готовления является превращение некоторой совокупности компонентов в однородную по составу и плотности кормовую смесь с опре-
деленными физико-механическими и органо-лептическими свойствами. Учеными установлено, что высокое качество смешивания кормов способствует увеличению привеса животных до 10% и позволяет достичь высокой экономической эффективности при их откорме.
Разработка новых подходов к повышению эффективности технологического процесса смешивания является стратегической задачей, стоящей не только перед комбикормовой индустрией, но и перед производителями кормоприготовительного оборудования, которое используется в различных сельскохозяйственных предприятиях для приготовления кормов. Эффективное смешивание позволяет снизить перерасход кормов, несбалансированных в рационах по макро- и микроэлементам.
Процесс смешивания занимает в этой системе ключевую роль, способствуя повышению питательности кормов и усвояемости его животными, снижая затраты на транспортирование кормов по сравнению с их раздельной подачей [8]. Исследованию процессов смешивания различных материалов посвящены труды большого количества как советских, так и российских, а также иностранных ученых. Проектированием смесителей и обоснованием их работы втеоретическом и экспериментальном направлении занимались такие значимые в научном сообществе исследователи, как В.Г. Артемьев, С.Г. Карта-шов, А.М. Григорьев, В.Г. Коба, Г.М. Кукта, С.В. Мельников, В.Ю. Фролов, С.К. Филатов, Ю.В. Назаренко, A. Peterson, T.A. Oxley, Boxer и другие.
В результате их работы была сформирована определенная классификация смесителей, которые хотя и выпускаются промышленностью в большом количестве самых разнообразных конфигураций, но имеют различия, ограничивающие сферу их использования в зависимости от условий работы, перерабатываемого материала, кинематических режимов, производительности [9]. Смесители должны соответствовать целому ряду современных требований: быть универсальными, обеспечивать возможность обогащения
концентрированных кормов премиксами, не измельчать зерно [11-13], а также иметь низкую удельную энергоемкость процесса смешивания и высокую технологическую надежность [10].
В настоящее время механизация приготовления кормов на фермах, выращивающих мелкий рогатый скот (МРС), еще не находится на требуемом уровне. Поэтому необходимо совершенствовать существующую и разрабатывать новую кормоприготовитель-ную технику. Кроме того, новые кормоцехи должны быть мобильными и обслуживать несколько ферм, а смесители многокомпонентных кормов должны быть непрерывного действия, что приводит к снижению энергоемкости процесса [14]. Смешивание компонентов выполняют в кормосмесителях, которые должны обеспечивать высокую однородность смеси для получения одинаковой питательной ценности корма во всех частях его объема. Однако серийные смесители сыпучих кормов не всегда обеспечивают установленное зоотехническими требованиями качество смеси [15]. С зоотехнической точки зрения важно не только ввести в состав кор-мосмеси предусмотренные рационом компоненты в требуемом количестве, но и необходимо равномерно распределить их во всем объеме смеси [16]. Кормовые смеси состоят из большого количества питательных веществ, необходимых для получения максимального биологического, продуктивного и экономического эффекта от животных и птицы. Сбалансированные кормовые смеси для крупного рогатого скота содержат до 10, для свиней - до 15-20, а для птицы - до 4050 различных компонентов [17].
Однородность смеси обеспечивает одинаковую питательную ценность корма во всех частях его объема. Использование для кормления животных неоднородных по своему составу смесей значительно снижает их продуктивное действие. Особенно важно хорошо распределить компоненты, вводимые в малых количествах и имеющие высокую кормовую ценность или биологическую активность: биовитаминные добавки, премиксы, микроэлементы, лекарственные препара-
ты, витамины. Неравномерное их распределение в объемах смеси может привести к передозировке отдельным особям и, что не исключено, к заболеваниям и даже гибели животных и птицы.
На основании литературного обзора было выявлено, что серийно выпускаемые смесители кормов не обеспечивают установленной зоотехническими требованиями однородности смеси [16, 17, 19]. Предпринята попытка создания конструкции [10] устройства для сме-шивания кормов, в том числе и концентрированных, которые отвечают предъявленным требованиям для использования в условиях мелкого и среднего хозяйства.
Целью исследования является разработка конструкции устройства для смешивания кормов, которое позволит повысить точность дозирования компонентов и качество их смешивания в условиях мелкого и среднего хозяйства.
Объекты и методы исследования. Для
приготовления концентрированных кормов в условиях хозяйства наиболее перспективной представляется упрощенная схема кормо-приготовления. Схема кормоприготовления сводится к последовательному выполнению нескольких технологических операций: накопление и хранение компонентов кормо-смеси; дозированная подача компонентов на смешивание; смешивание. Таким образом, основной операцией практически любой из современных технологий кормоприготовле-ния является смешивание.
К современным смесителям предъявляется большое количество разнородных требований:
- смесь кормов может приготавливаться из нескольких десятков компонентов;
- кормосмесь может быть обогащена микродобавками, концентрация которых может достигать 0,001%;
- необходимо обеспечить приготовление смеси, требования которой отвечают требованиям коэффициента вариации для различных видов животных.
Большое количество требований предъявляется также и непосредственно к самим конструкциям смесителей:
- смесители должны обладать высокой технической надежностью, позволяющей эксплуатировать их на протяжении нескольких лет в тяжелых эксплуатационных условиях (при отрицательных и положительных температурах, а также при высокой влажности воздуха);
- смесители должны при необходимости быстро изменять производительность;
- смесители должны иметь широкую универсальность (обеспечивать приготовление кормов по различным рецептурам);
- смесители не должны измельчать смешиваемые корма и нарушать макроструктуру компонентов;
- смесители не должны вызывать порчу кормов;
- смесители должны иметь высокие эргономические свойства.
Для использования в условиях мелкого и среднего хозяйства наиболее приемлемыми оказываются две следующие схемы кормо-приготовления:
- прямоточная (при непосредственной подаче компонентов кормосмеси на смешивание);
- последовательно-параллельная, заключающаяся в подготовке всех видов корма к смешиванию и однократному дозированию [20].
Известно устройство для смешивания кормов по а.с. 757183, которое в себя включает горизонтальный корпус с крышкой, отражательные перегородки, вал с лопастями, установленными по винтовой линии, и патрубки входа и выхода продукта. Недостатком устройства является отсутствие анализатора для определения качества компонентов корма.
Известно устройство для смешивания кормов по а.с. 1565436, включающее накопительную емкость, которая выполнена открытой сверху, внутри нее закреплен набор поперечных вертикальных перегородок, образующих ячейки, имеющие в вертикальном сечении форму обращенных книзу вершиной равносторонних треугольников, и горизонтально размещенный под ней с зазором приемный транспортер, питатель с распредели-
телем. Недостатком устройства является то, что нет возможности оценить качество смешения компонентов корма в смесителе, при котором будет достигнут максимальный эффект по получению однородной смеси.
Результаты и обсуждение. Для устранения данных недостатков на кафедре тракторов, автомобилей и технической механики Кубанского ГАУ предложено устройство для смешивания кормов (рисунок), которое содержит накопительную емкость 1, горизонтально размещенный под ней с зазором приемный транспортер 2, питатель с распределителем 3 [18]. Также устройство имеет анализатор качества корма 4, компрессор 5, электронный блок управления 6, персональный компьютер 7, мультимедийное устройство 8, приемную емкость для смешанного корма 9 с клапаном-распределителем 10, емкость для дополнительного смешивания корма 11, емкость готового корма 12. Анализатор качества корма 4 расположен над питателем с распределителем 3, выполненным в виде единого узла, расположенного над накопительной емкостью 1 и соединенного с емкостью 11 для дополнительного смешивания корма. Накопительная емкость 1 соединена с компрессором 5. Компрессор 5 соединен с электронным блоком управления 6.
(общий вид)
Дно накопительной емкости 1 выполнено в виде жалюзийной решетки с приводом (на рисунке не показано) и соединено с электронным блоком 6 управления. Мультимедийное устройство 8 расположено над приемным транспортером 2 и соединено с персональным компьютером 7. Персональный компьютер 7 соединен с клапаном-распределителем 10 приемной емкости 9 для смешанного корма, расположенным над входом емкости для дополнительного смешивания корма 11.
Выход емкости для дополнительного смешивания корма 11 соединен со входом емкости готового корма 12. Питатель с распределителем 3 имеет отводящие каналы, соединенные с накопительной емкостью 1, крайние из которых выполнены в форме параболы, а центральный имеет прямоточную цилиндрическую форму. Привод имеет шаговый двигатель для регулирования открытия и закрытия жалюзи решетки накопительной емкости 1.
Устройство для смешивания кормов работает следующим образом. Предварительно компоненты корма поступают в анализатор его качества 4; если корм недостаточно очищен, его направляют на дополнительную очистку, осуществляемую известным способом (пат. 2636480). Затем компоненты корма поступают в питатель с распределителем 3, через отводящие каналы 13 - в накопительную емкость 1. Такая подача компонентов корма через отводящие каналы 13 обеспечивает равномерное распределение его в накопительной емкости 1, в которую подаются от компрессора 5 воздушная струя для создания псевдоожиженного состояния и корм, то есть компоненты корма начинают «бурлить». Далее через открытые жалюзи дна накопительной емкости 1 корм поступает на приемный транспортер 2. После поступления корма на приемный транспортер 2 жалюзи дна в накопительной емкости 1 закрываются, включается приемный транспортер 2. Приемный транспортер 2 подает смешанный корм в емкость 9 для его смешивания. Персональный компьютер 7 подает сигнал клапану-распределителю 10, и через емкость для дополни-
тельного смешивания корм 11 поступает в емкость готового корма 12.
Для контроля качества однородности смешивания корма с помощью мультимедийного устройства 8 получают изображение смешанного корма. Далее это изображение подают на компьютерную обработку с программным обеспечением Mathcad для определения качества однородности смешивания, соответствующего зоотехническим требованиям на смешивание. Если корм не соответствует зоотехническим требованиям на смешивание, то он поступает через емкость для дополнительного смешивания корма 11 в питатель с распределителем 3, и процесс повторяется до соответствия корма зоотехническим требованиям на смешивание.
Выводы. В структуре животноводческой продукции до 70% всех затрат приходится на долю кормов. Эти затраты можно существенно уменьшить, если производить корма непосредственно на внутрихозяйственных предприятиях, используя собственное сырье и минимизируя транспортные расходы. Для эффективной работы такого предприятия необходимо оборудование, которое в полной мере удовлетворяет требованиям ресурсосбережения при гарантированном обеспечении требуемого качества продукции.
Сотрудниками кафедры тракторов, автомобилей и технической механики Кубанского государственного аграрного университета предложено устройство для смешивания кормов. Выполнение технологической операции в усовершенствованном устройстве позволяет повысить качество смешивания корма и точность оценки качества. Разработанное устройство для смешивания кормов может быть применимо для приготовления и раздачи кормов сельскохозяйственным животным, а также позволяет проводить анализ качества компонентов корма, что невозможно провести серийными смесителями.
Литература:
1. Семенихин А.М., Шварц С.А., Дзреян В.С. Совершенствование процесса смешивания измельчителем-смесителем-раздатчиком кормов ИСРК-12 в условиях реальной МТФ // Сушка, хранение и переработка продукции растениеводства. М., 2018. С. 234-239.
2. Рыбалкин Н.А., Лебедев А.Т., Павлюк Р.В. Совершенствование процесса смешивания кормов в лопастном смесителе // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. 2020. № 3(27). С. 78-84.
3. Kolesnikov A. Research in parameters of working process of interfusing in batcher mixer // Engineering for rural development. Jelgava, 2019. Vol. 18. P. 487-492.
4. Description of the process of vibrational mixing of ela-stoviscoplastic multicomponent mixtures / Lobanov D.V. etc. // Chemical and petroleum engineering. 2017. Vol. 53, № 7-8. P. 495-500.
5. Mathematical modeling of the extracting process of vegetable oil on auger equipment / Mateyev Ye. etc. // Euro-Asian journal of Biosciences. 2019. V. 53. P. 1875-1880.
6. Borshcev V.Ya., Sukhorukova T.A. Current status and development of production technologies of multicompo-nent mixtures of bulk materials in large volumes // Advanced materials & technologies. 2018. V. 1. Pp. 069-077.
7. Эшдавлатов Э., Суюнов А. Повышение интенсивности процесса непрерывного смешивания кормов // Universum: технические науки. 2021. № 4-3. С. 67-71.
8. Суханова М.В. Процесс смешивания - необходимая составляющая экосистемы: корма-смеситель-животное-человек // Науч. тр. Института непрерывного профобразования. 2015. № 5(5). С. 283-287.
9. Исследование процесса смешивания компонентов корма / Морозов В.В. и др. // Вестник Курганской ГСХА. 2021. № 4(40). С. 73-80.
10. Каширин Д.Е., Полякова А.А. Исследование влияния конструктивно-технологических параметров смесителя-обогатителя концентрированных кормов на энергоемкость процесса смешивания // Вестник Крас-ГАУ. 2016. № 9(120). С. 107-113.
11. Механизация животноводства в вопросах и ответах / С.И. Щербаков и др. Самара, 2007.
12. Механизация технологических процессов животноводства / Курочкин А.А. и др. М., 1998.
13. Щербаков С.И., Коновалов В.В., Дмитриев В.Ф. Механизация технологических процессов животноводства. Пенза, 2006.
14. Брагинец Н.В., Бахарев Д.Н., Аль А.М. Экспериментальные исследования энергоемкости процесса смешивания кормов в смесителе непрерывного действия // Тр. Южного филиала Нац. университета биоресурсов и природопользования Украины "Крымский агротехнологический ун-т". 2014. № 162. С. 52-59.
15. Яцунов А.Н., Сабиев У.К., Черняков А.В. Экспериментальные исследования процесса смешивания сыпучих кормов // Вестник Омского ГАУ. 2016. № 4 (24). С. 193-198.
16. Яцунов А.Н. Обоснование основных параметров вибрационного смесителя сыпучих кормов с перемешивающими элементами конической формы: автореф. дис. к. т. н. Новосибирск, 2008. 19 с.
17. Котов Р.А. Обоснование параметров вибрационного смесителя сыпучих кормов с гибким рабочим органом: автореф. дис. к. т. н. Барнаул, 2015. 20 с.
18. Пат. 2765050 РФ. Устройство для смешивания кормов / Припоров И. Заяв. 07.06.21; Опубл. 25.01.22.
19. Черкасов Р.И. Интенсификация процесса смешивания сыпучих кормов порционным вертикальным шнековым смесителем: автореф. дис. к. т. н. Ростов-на-Дону, 2018.
20. Полякова А.А. Обоснование параметров смесителя концентрированных кормов: дис. к. т. н. Рязань, 2018.
Literatura:
1. Semenihin A.M., SHvarc S.A., Dzreyan V.S. Sovershe-nstvovanie processa smeshivaniya izmel'chitelem-smesi-telem-razdatchikom kormov ISRK-12 v usloviyah real'noj MTF // Sushka, hranenie i pererabotka produkcii rastenie-vodstva. M., 2018. S. 234-239.
2. Rybalkin N.A., Lebedev A.T., Pavlyuk R.V. Sovershe-nstvovanie processa smeshivaniya kormov v lopastnom smesitele // Innovacii v APK: problemy i perspektivy. 2020. № 3(27). S. 78-84.
3. Kolesnikov A. Research in parameters of working process of interfusing in batcher mixer // Engineering for rural development. Jelgava, 2019. Vol. 18. P. 487-492.
4. Description of the process of vibrational mixing of ela-stoviscoplastic multicomponent mixtures / Lobanov D.V. etc. // Chemical and petroleum engineering. 2017. Vol. 53, № 7-8. P. 495-500.
5. Mathematical modeling of the extracting process of vegetable oil on auger equipment / Mateyev Ye. etc. // Euro-Asian journal of BioSciences. 2019. V. 53. P. 1875-1880.
6. Borshcev V.Ya., Sukhorukova T.A. Current status and development of production technologies of multicompo-nent mixtures of bulk materials in large volumes // Advanced materials & technologies. 2018. V. 1. Pp. 069-077.
7. Eshdavlatov E., Suyunov A. Povyshenie intensivnosti processa nepreryvnogo smeshivaniya kormov // Universum: tekhnicheskie nauki. 2021. № 4-3. S. 67-71.
8. Suhanova M.V. Process smeshivaniya - neobhodimaya sostavlyayushchaya ekosistemy: korma-smesitel'-zhivot-noe-chelovek // Nauch. tr. Instituta nepreryvnogo profob-razovaniya. 2015. № 5(5). S. 283-287.
9. Issledovanie processa smeshivaniya komponentov kor-ma / Morozov V.V. i dr. // Vestnik Kurganskoj GSKHA. 2021. № 4(40). S. 73-80.
10. Kashirin D.E., Polyakova A.A. Issledovanie vliyaniya konstruktivno-tekhnologicheskih parametrov smesitelya-obogatitelya koncentrirovannyh kormov na energoemkost' processa smeshivaniya // Vestnik KrasGAU. 2016. № 9 (120). S. 107-113.
11. Mekhanizaciya zhivotnovodstva v voprosah i otvetah / S.I. SHCHerbakov i dr. Samara, 2007.
12. Mekhanizaciya tekhnologicheskih processov zhivot-novodstva / Kurochkin A.A. i dr. M., 1998.
13. SHCHerbakov S.I., Konovalov V.V., Dmitriev V.F. Mekhanizaciya tekhnologicheskih processov zhivotno-vodstva. Penza, 2006.
14. Braginec N.V., Baharev D.N., Al' A.M. Eksperimen-tal'nye issledovaniya energoemkosti processa smeshiva-niya kormov v smesitele nepreryvnogo dejstviya // Tr. YUzhnogo filiala Nac. universiteta bioresursov i prirodo-pol'zovaniya Ukrainy "Krymskij agrotekhnologicheskij un-t". 2014. № 162. S. 52-59.
15. YAcunov A.N., Sabiev U.K., CHernyakov A.V. Eks-perimental'nye issledovaniya processa smeshivaniya sy-puchih kormov // Vestnik Omskogo GAU. 2016. № 4 (24). S. 193-198.
16. YAcunov A.N. Obosnovanie osnovnyh parametrov vibracionnogo smesitelya sypuchih kormov s peremeshi-vayushchimi elementami konicheskoj formy: avtoref. dis. k. t. n. Novosibirsk, 2008. 19 s.
17. Kotov R.A. Obosnovanie parametrov vibracionnogo smesitelya sypuchih kormov s gibkim rabochim organom: avtoref. dis. k. t. n. Barnaul, 2015. 20 s.
18. Pat. 2765050 RF. Ustrojstvo dlya smeshivaniya kormov / Priporov I. Zayav. 07.06.21; Opubl. 25.01.22.
19. CHerkasov R.I. Intensifikaciya processa smeshivaniya sypuchih kormov porcionnym vertikal'nym shnekovym smesitelem: avtoref. dis. k. t. n. Rostov-na-Donu, 2018.
20. Polyakova A.A. Obosnovanie parametrov smesitelya koncentrirovannyh kormov: dis. k. t. n. Ryazan', 2018.
ADVANCED DEVICE FOR FEED'S MIXING I.E. Priporov, candidate of technical sciences, docent Kuban state agrarian university named after I.T. Trubilin
Abstract. The combined feed and mixtures with bioadditives using allows the animal live weight gain's efficiency in several times to increase, however, this mixture high degree uniformity is required. Mixing or stirring is the various substances' volumes combining in order to a homogeneous mixture obtaining, that is, each component particles by uniform distribution volume at rearranging them under the external forces' influence creating. The new approaches development to improve the mixing process's efficiency is a strategic task not only for the feed industry facing. Feed mixtures consist of a large amount of nutrients necessary the maximum biological, productive and economical effect from livestock and poultry to obtain. Balanced feed mixtures contain for cattle up to 10, pigs -15-20, and poultry -40-50 different components. The purpose of the study is the feed mixing device's design to develop. The technological operation's completion in an improved feed mixing device allows the components' dosing accuracy so as their mixing quality on small and medium-sized farms to increase. The developed feed mixing device for the farm animals' feed preparation and distribution can be used, and also allows the feed's components quality to analyze, that cannot with serial mixers be performed.
Keywords: mixer, feed mixture, analyzer, multimedia device, mixture uniformity, small and medium farms, electronic control unit, mixing, computer processing.
