Введение к работе
Актуальность темы. Пчеловодство является важнейшей отраслью сельского хозяйства, от развития которой в значительной мере зависит урожайность основных сельскохозяйственных культур. Опыление пчелами сельскохозяйственных растений повышает их урожайность на 30-60 %. Известно, что прибыль от увеличения ресурсов земледелия посредством пчел в 10-12 раз превышает прибыль от реализации всех продуктов пчеловодства.
О современном состоянии отрасли пчеловодства в нашей стране можно судить по количеству производимого товарного меда. Медовый потенциал нашей страны составляет 3,4 миллиона тонн, в то время как на протяжении последних 18 лет производство отраслью товарного меда составляет 50-55 тыс. тонн в год.
В значительной мере такое положение дел связано с недостаточной механизацией основных производственных процессов в пчеловодстве.
Пыльцевая обножка и перга - важнейшие пчеловодческие продукты, широко применяемые в апитерапевтической практике благодаря их многостороннему положительному воздействию, оказываемому на организм человека. Эти продукты успешно используются для профилактики и лечения заболеваний сердечно-сосудистой, иммунной систем, органов пищеварения, дыхания, гинекологических заболеваний.
Заготовка и дальнейшее использование пыльцевой обножки представляется малоэффективным по целому ряду объективных причин, в частности, отбор из пчелиного гнезда обножки посредством пыльцеуловителей существенно ослабляет пчелиную семью и препятствует ее эффективному развитию, в то время как заготовка в период активного медосбора перговых сотов не оказывает существенного влияния на жизнь пчелиной семьи, а напротив, побуждает ее к более активной заготовке этого продукта.
Во время формирования пчелиного гнезда на зиму пчеловоды традиционно выбраковывают старые перговые соты, которые подлежат дальнейшей переработке в качестве воскового сырья. Наличие перги в выбракованных сотах приводит к потерям воска и существенно ухудшает его качество, в то время как на рынке существует постоянный спрос на пергу и воск.
Такое положение дел связано с отсутствием высокоэффективных механизированных технологий извлечения перги из пчелиных сотов и специальных средств механизации.
Наиболее широкое распространение в настоящее время имеют ручные или частично механизированные технологии, в связи с чем перга, извлекаемая из сота, часто подвергается влиянию химических и физических воздействий, приводящих к нарушению качества получаемого продукта, высокой энергоемкости и трудоемкости технологических процессов.
На основании вышеизложенного возможно заключить, что разработка и внедрение в производство высокоэффективных энергосберегающих способов извлечения перги из сотов и специальных средств механизации является важной хозяйственной проблемой.
Степень разработанности темы. Большой вклад в разработку механизированных способов извлечения перги из перговых сотов на протяжении последних 30 лет внесли работы известных ученых Л. Т. Ахметовой, И. В. Бойко, В. И. Бронникова, А. М. Валеева, Т. В. Вахониной, С. В. Винокурова,
A. А. Григоряна, И. А. Дудова, Ю. В. Донченко, Н. М. Жарикова, Н. Н. Зарецкого,
Е. К. и Т. П. Иваненко, Т. А. Ильясова, И. П. Иориша, Е. К. Космовича,
Н. И. Кривцова, В. И. Лебедева, В. Ф. Некрашевича, С. Н. Румянцева,
И. А. Шарина, С. С. Сокольского, С. А. Стройкова, Ж. Ж. Сибгатулина.
Несмотря на наличие различных подходов к способам и средствам извлечения перги из сотов, в работах вышеупомянутых авторов недостаточное внимание уделено влиянию многих технологических факторов на биологически активные свойства получаемого продукта.
Анализ исследований, выполненных перечисленными выше авторами, позволяет выделить три основные технологические операции, требующие механизации и дальнейшего совершенствования: сушка перги в сотах, измельчение сотов и отделение перги из измельченной воскоперговой массы сотов.
Дальнейшее совершенствование механизированных технологий извлечения
перги из сотов и средств механизации возможно проводить на основе результатов
исследований работ как непосредственно направленных на исследование
изучаемого вопроса, так и на основе анализа работ, близких по тематике.
Исследования, на основании которых можно совершенствовать
механизированные технологии извлечения перги, проведены в работах известных
ученых: В. Ф. Бабичева, И. В. Бибикова, Н. В. Бышова, И. И. Блехмана,
Л. К. Бондаря, Л. А. Бурмистровой, В. В. Волошенко, В. И. Горшенина,
Ю. Н. Кирьянова, Н. Н. Колчина, В. Н. Кривобокова, А. В. Ларина,
И. А. Левченко, Р. А. Мамонова, А. Н. Малика, Г. А. Шаповалова, Н. К. Шокуна,
B. В. Смирнова, М. Н. Харитоновой, М. Н. Чаткина, В. Г. Чудакова.
Работа выполнена в соответствии с комплексной темой НИР № 6 (№ гос. per. 01201174434) ФГБОУ ВПО РГАТУ на 2011-2015 гг. «Совершенствование энергосберегающих технологий и средств механизации в области животноводства», раздел 6.4 «Технологии и технические средства для производства подкормок для пчел и переработки продуктов пчеловодства (воска, перги, прополиса)».
Цель работы - повышение эффективности процесса извлечения перги из перговых сотов путем разработки и обоснования высокоэффективных энергосберегающих технологий, сохраняющих биологически активные свойства продукта, а также создание специального оборудования, предназначенного для выполнения основных технологических операций.
Объектом исследования являются технологии извлечения перги из перговых сотов и оборудование, применяемое для выполнения технологических операций.
Предмет исследования - закономерности процессов механизированного извлечения перги из перговых сотов.
Научная проблема заключается в создании энергосберегающих высокоэффективных технологий извлечения перги из перговых сотов и специальных средств механизации.
Положения, выносимые на защиту:
-
Результаты систематизации и анализа технологических операций известных способов извлечения перги из пчелиных сотов.
-
Результаты исследования влияния физических воздействий, оказываемых на пергу в процессе ее извлечения из сотов, на изменение биологических свойств получаемого продукта, а также на изменение его свойств в процессе последующего хранения.
-
Новые технические решения, на основе которых создано эффективное энергосберегающее оборудование для извлечения перги из пчелиных сотов.
-
Результаты теоретического и экспериментального исследования процесса энергосберегающей конвективной циклической сушки перги, измельчения кусков перговых сотов и отделения перги от восковых частиц.
-
Оценка экономической эффективности и применяемости результатов работы в механизации переработки продуктов пчеловодства.
Научная новизна выполненных исследований заключается в следующем:
-
Предложены оригинальные способы извлечения перги из пчелиных сотов на основании классификации известных.
-
Определены границы допустимых физических воздействий, оказываемых на пергу в процессе ее извлечения из сотов, и рациональные условия переработки перговых сотов.
-
Разработана теоретическая модель функционирования процесса энергосберегающей конвективной циклической сушки перги, позволяющая минимизировать энергоемкость технологического процесса.
-
Получены математические модели, описывающие влияние параметров энергосберегающей конвективной циклической сушки перги на энергоемкость исследуемого процесса и изменение влажности продукта в процессе его сушки.
-
Получены аналитические зависимости, описывающие влияние конструктивно-технологических параметров штифтового измельчающего аппарата на процесс измельчения кусков перговых сотов.
-
Получены математические модели, устанавливающие влияние конструктивно-технологических параметров штифтовых измельчителей на гранулометрические показатели получаемого в результате измельчения продукта, а также на энергоемкость технологического процесса и производительность измельчителей.
-
Разработана теоретическая модель процесса отделения перги от восковых частиц из измельченной воскоперговой массы на вибрационном решете, позволяющая установить кинематический режим устройства, обеспечивающий максимально возможную чистоту получаемого продукта.
-
Получены математические модели, описывающие процесс отделения перги от восковых частиц на вибрационном решете.
Научная гипотеза. За счет использования ограниченного объема теплоносителя, периодически заменяемого (по мере насыщения влагой), сокращается энергоемкость процесса сушки перги.
Практическая значимость. Предложен ряд высокоэффективных энергосберегающих способов извлечения перги из пчелиных сотов, позволяющих получать пергу высокого качества. Новизна технических решений защищена патентами РФ на изобретение № 2297763, № 2326531, № 2360407, № 2397639.
Предложены технические средства, предназначенные для выполнения основных операций извлечения перги из пчелиных сотов: установки для проведения энергосберегающей конвективной циклической сушки перги (патенты РФ на изобретение № 2275563, №2391610), а также установки для извлечения перги из сотов (патенты РФ на изобретение № 2171715, № 2412590, № 2367150, патент РФ на полезную модель № 93302).
Разработаны методы и алгоритмы расчета сушильных установок, позволяющих проводить энергосберегающую циклическую сушку перги.
Разработаны методы расчета основных рабочих органов установок для извлечения перги из перговых сотов.
Методы исследования. При выполнении исследования использовался теоретический анализ рабочих процессов сушильных установок, измельчителей перговых сотов и вибролотка, выполненный на основе методов интегро-дифференциального исчисления, численного решения дифференциальных уравнений и математического моделирования. Экспериментальные исследования выполнялись на основе методов планирования эксперимента и математического моделирования.
Реализация результатов исследований. Оборудование и разработанные технологии, позволяющие извлекать пергу, внедрены и используются следующими хозяйствами: ГНУ НИИ пчеловодства Россельхозакадемии (г. Рыбное Рязанской области), ГНУ «Краснополянская опытная станция пчеловодства» (г. Сочи), ФГУП Племенное пчелоразвиденческое хозяйство «Майкопское» (г. Майкоп, Республика Адыгея), ГБУ «Управление по пчеловодству» Министерства сельского хозяйства и продовольствия республики Татарстан (г. Казань), ООО «Азбука пчелы» (г. Рыбное Рязанской области), КФХ «Бортники» (Рыбновский район Рязанской области), в пчеловодческом хозяйстве А. Б. Барышникова Напольновского сельского поселения Рязанской области, в пчеловодческом хозяйстве В. П. Воронкова (с. Сараи Рязанской области).
Разработанное учебно-методическое обеспечение внедрено в учебный процесс кафедры «Технологии производства продукции животноводства» ФГБОУ ВПО Пермской ГСХА им. академика Д. Н. Прянишникова, кафедры «Механизация технологических процессов в АПК» ФГБОУ ВПО Оренбургского ГАУ, кафедры «Механизация животноводства и переработки сельскохозяйственной продукции» ФГБОУ ВПО Костромской ГСХА, кафедры «Механизация переработки и хранения сельскохозяйственной продукции» ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья», Академии пчеловодства при ФГБОУ ВПО Рязанский ГАТУ.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены, обсуждены и одобрены: на конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО РГАТУ в 1998-2013 гг.; на межвузовской НІЖ, Костромской ГСХА в 2000 г.; Международных конференциях «Интермёд 2000, 2001, 2005», г.Москва; на НПК, г.Пенза, 2002 г.; на НПК по пчеловодству, г. Орел, 2003 г.; на Международных НПК в Академии Пчеловодства, г. Рыбное, 1999, 2002, 2005...2008 гг.; на Международной НПК «Роль молодых ученых в реализации национального проекта "Развитие АПК"», г. Москва, 2007 г.; на Международной НПК, г. Мичуринск, 2009 г.; на Всероссийской НК молодых ученых, г. Орел, 2012 г.; на Международной НПК, г. Саранск, 2012 г.
Автор работы - победитель всероссийского конкурса «Инженер года -2007» (г. Москва, 2007 г.).
Награжден Почетной Грамотой Министерства сельского хозяйства и продовольствия Рязанской области.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 63 печатные работы, в том числе: 18 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 монографии, 15 патентов на изобретение и 1 на полезную модель. Общий объем публикаций - 23,5 п.л., 16,2 п.л. принадлежат соискателю.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из аннотации, введения, семи глав, общих выводов, списка литературы из 237 наименований, в том числе 8 на иностранном языке и приложения. Работа изложена на 467 страницах, из которых 369 страниц - основной текст, содержит 18 таблиц и 179 рисунков.
