Введение к работе
Актуальность темы. Повышение производства продукции птицеводства и животноводства возможно за счет увеличения в кормах содержания белковых компонентов.
Анализ питательной ценности основных кормовых культур, показал, что зерно сои может решить проблему дефицита белка и протеина в рационе кормления животных. Соевое зерно содержит 36 % белка, жира 17,3 %, углеводов 34,9 %, а кормовая ценность составляет 1,45 кормовых единиц, к тому же белок сои богат аминокислотами и минералами. Такой набор веществ и витаминов при скармливании животным существенно повышает биологическую ценность рационов и обеспечивает повышение их продуктивности.
Анализ существующей кормоприготовительной и раздаточной техники показал, что серийно выпускаемые машины металлоемки, энергоемки, используются с низкой эффективностью, вследствие недостатков организационного, технического и технологического характера, что неприемлемо в условиях ведения малых ферм, крестьянско фермерских и личных подсобных хозяйств (КФХ и ЛПХ).
На основании вышеизложенного, совершенствование процесса приготовления высокобелковых кормов на основе зерна сои является актуальным вопросом.
Исследования проведены в соответствии с планом НИР Кубанского ГАУ в 2011-2015 гг. по теме № ГР 01201153626, раздел 9.12.1 «Обоснование конструктивно-режимных параметров измельчителя зерна в замоченном виде (на примере сои)», в 2016-2018 гг. по теме ЕГИСУ НИОКР 4А-А16-116022410038-8, при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (по договору о предоставлении гранта № 3784 гу1/2014 от 29.10.2014 г.).
Степень разработанности темы. Исследования технологий и технических устройств для приготовления белковых кормов, выполненные А.А. Артюшиным, И.З. Барфаковым, Б.И. Вагиным, В.Г. Гопкой, С.М. Доценко, Г.М. Куктой, А.Т. Лебедевым, Л.М. Куцыным, С.В. Брагинец, В.Ю. Фроловым, А.В. Бурмагой и другими, стали основополагающими при разработке и улучшению серийно выпускаемой техники.
В РФ практически нет отечественных машин для приготовления кормов в условиях малых ферм, КФХ и ЛПХ. Кроме того, такие вопросы, как движение зерна в замоченном виде по криволинейной бороздке абразивной поверхности усеченного конуса, измельчение (истирание) зерна в замоченном виде до мелкодисперсного помола абразивной поверхностью, экстракции белка в эмульсию не решены.
Рабочая гипотеза – предварительное замачивание зерна позволит уменьшить энергоемкость процесса на истирание, за счет уменьшения прочности зерна, путем предварительного замачивания в воде, а использование абразива на дисках с криволинейными бороздками осуществит помол до необходимого мелкодисперсного размера частиц, что обеспечит качественный выход белка в экстрагент.
Цель работы – обоснование конструктивно-
режимных параметров измельчителя замоченного зерна сои для повышения эффективности процесса приготовления высокобелковых кормов.
Объект исследования – технологический процесс приготовления высокобелковых кормов для сельскохозяйственных животных на основе сои.
Предмет исследования – аналитические и экспериментальные зависимости процессов истирания зерна сои с последующей экстракцией белка в жидкую эмульсию.
Задачи исследования.
1. Провести анализ способов, технологических схем и
машин для приготовления высокобелковых кормов из зерна
сои (соевого молока), и определить перспективное направ
ление их совершенствования.
-
Разработать безотходную технологию приготовления высокобелковых кормов с разработкой конструктивно-технологической схемы технического устройства, позволяющего реализовать предлагаемую технологию.
-
Теоретически и экспериментально обосновать конструктивно-режимные параметры предлагаемой машины.
4. Определить технико–экономическую эффектив
ность использования разрабатываемого устройства.
Методы исследований: Теоретические исследования проводились с использованием основных положений высшей математики и теоретической механики. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях в соответствии с апробированными методиками, и базировалась на теории планирования многофакторного эксперимента. Результаты экспериментальных исследований обрабатывались на ПК с использованием пакетов программ MathCad и Microsoft Excel.
Научная новизна работы:
– разработана математическая модель процесса истирания соевого зерна в замоченном виде, позволяющая обосновать основные конструктивные и технологические параметры измельчителя, а так же его производительность и мощность;
– экспериментально установлены закономерности влияния конструктивных и режимных параметров (скорость вращения диска с абразивной поверхностью, зазор между дисками, гидромодуль, количество криволинейных бороздок на диске) на качественные и количественные показатели получаемого высокобелкового корма.
Новизна технического решения подтверждена патентами на изобретение РФ № 2614777, № 2621274, патентами на полезную модель РФ № 161559, № 163069.
Теоретическую и практическую значимость исследований составляют:
– математическая модель процесса истирания соевого зерна в замоченном виде, позволяющая обосновать основные конструктивные и технологические параметры измельчителя, а так же его производительность и мощность;
– способ получения высокобелкового корма, предусматривающий при обработке зерна замачивание в воде, что позволит снизить энергоемкость и металлоемкость процесса.
– конструктивно-режимные параметры измельчителя зерна в замоченном виде.
– разработана технология приготовления высокобелковых кормов с использованием сои, позволяющая уменьшить затраты энергии в 23,2 раза , затраты труда – на 40% при уменьшении металлоемкости оборудования в 16,7 раз;
Основные положения, выносимые на защиту:
– теоретическое обоснование технологии и технического средства измельчителя зерна в замоченном виде;
– конструктивно-технологическая схема измельчителя зерна в замоченном виде;
– аналитические зависимости для обоснования конструктивных и режимных параметров измельчителя зерна в замоченном виде;
–экспериментальные зависимости показателей работы измельчителя зерна в замоченном виде (на примере сои).
Реализация результатов исследований. Результаты исследований используются для приготовления комбикормов в хозяйствах Краснодарского края: КФХ «Дорошенко И.И.», «Дергачева Е.А.» в ОАО имени «И.В. Мичурина».
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научно-практических конференциях моло-
дых ученых: «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (ФГБОУ ВО Кубанский ГАУ, 2014–2017 гг.); на XVIII Московском международном салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед» (Москва, 2015 г.); на Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу среди студентов (2 тур - Зерноград 2014г, финал - Саратов 2014), на Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу среди аспирантов (2 тур - Зерноград 2016г, финал - Москва 2016), получена Губернаторская премия конкурса «IQ года 2017».
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 21 научной работе, 6 из которых входят перечень ВАК Российской Федерации, а так же получены 2 патента РФ на изобретение и 2 патента РФ на полезную модель. Общий объем опубликованных работ составил 7,2 п. л., в том числе 3,6 п. л. приходящихся на долю автора.
Структура и объем работы. Диссертация содержит: введение, пять глав, заключение, список использованных источников и приложения. Работа изложена на 171 страницах печатного текста, включает в себя 57 рисунков и 14 таблиц. Список литературы состоит из 106 наименований.