Введение к работе
Актуальность темы. Известно, что из всех многочисленных факторов окружающей среды, оказывающих существенное влияние на продуктивность сельскохозяйственных животных оказывает кормление, которое должно быть, прежде всего сбалансированным по всем питательным веществам. При этом, дефицит белковых и минеральных веществ в рационах кормления крупного рогатого скота (КРС) и свиней составляет соответственно от 25 до 40 % и 15-25 %.
С целью снижения дефицита питательных веществ рационов, используют карбамид, а так же минеральные подкормки на основе природных минералов и их солей. При превышении рекомендуемых доз данные вещества проявляют токсичность и тем самым, представляют опасность для животных.
Альтернативной заменой таким веществам в полной мере могут служить соевое и сапропелевое сырьё. Данное сырьё является доступным, так как соя производится в Амурской области Дальневосточного федерального округа. Только в 2014-2016 годах ежегодный объем производства сои составлял около 1,0 млн. тонн, а в 2017 г. – более 1,3 млн. тонн.
В тоже время, использование в рационах кормления соево-сапропелевых кормовых добавок, сдерживается из-за отсутствия необходимых для их производства технологических и технических решений.
В этой связи решение вопроса, связанного с приготовлением кормовой добавки на основе соевого и сапропелевого сырья, является актуальной задачей.
Работа выполнена в соответствии с планом НИР Дальневосточного ГАУ № ГР 0120.05.03562 (2016 – 2020 гг.).
Степень разработанности темы. Несмотря на широкий ассортимент известных в настоящее время кормовых добавок, получение и использование их в рамках отдельных регионов не всегда эффективно с инженерной, зоотехнической и экономиче-
ской точек зрения. Наличие в Дальневосточном федеральном округе белкового соевого и минерального сапропелевого сырья позволяет решить данную проблему при условии того, что товаропроизводитель будет иметь технологические и технические решения, обеспечивающие получение кормовых добавок на основе соево-сапропелевых композиций.
Вопросам приготовления гранулированных поликомпонентных кормовых продуктов посвящены работы В.Р. Алёшкина, В.А. Голикова, А.И. Завражнова, С.М. Доценко, Ю.Б. Куркова, А.В. Бурмага, С.А. Иванова, Г.М. Кукты, М.И. Королёва, С.В. Мельникова, П.Н. Миончинского, В.И. Сыроватки, В.А. Широкова, А.В. Якименко и других ученых. Однако, до настоящего времени, процессы получения бинарных сапропелево-мучных композиций и кормовой добавки на их основе не исследовались, а поэтому нет данных для расчета и проектирования процесса получения соево-сапропелевого гранулята и технического средства для его реализации.
В качестве рабочей гипотезы для решения данной частной
задачи являлось предположение о том, что повышение технико-
экономической эффективности приготовления белково-
минеральной кормовой добавки за счет снижения затрат труда и
средств возможно на основе изыскания рационального способа
получения бинарной сапропелево-мучной композиции, путем
усреднения влаги в ней, с выявлением зависимостей, характери
зующих рабочий процесс устройства для его осуществления,
производительность и затраты энергии на привод с обоснованием
области оптимальных значений параметров, обеспечивающих по
лучение качественной пасты и гранул с минимально возможной
энергоемкостью.
Цель исследования. Разработка способа и обоснование параметров устройства для приготовления кормовой добавки на основе сапропелево-мучной композиции, обеспечивающих повышение технико-экономической эффективности ее получения путем снижения себестоимости при качественных показателях,
соответствующих зоотехническим требованиям.
Объект исследования - технологический процесс приготовления кормовой добавки на основе сапропелево-мучной композиции.
Предмет исследования - закономерности процессов получения сапропелево-мучной композиции с помощью смесителя-гранулятора винтового типа.
Задачи исследования:
-
Разработать способ, функциональную и структурную схемы устройства для приготовления соево-сапропелевой кормовой добавки в виде трехузловой технической системы;
-
Получить математическую модель, характеризующую качество выполнения рабочего процесса по приготовлению сое-во-сапропелевой добавки в виде пасты и гранулята;
-
Теоретическим путем получить аналитические зависимости, характеризующие взаимосвязь конструктивно-режимных и технологических параметров с обоснованием производительности устройства и затрат энергии на получение кормового продукта с трансформированными реологическими свойствами предложенным способом;
-
Экспериментально получить регрессионные модели рабочего процесса устройства для приготовления кормовой добавки в режимах гранулирования и пастоизготовления и на их основе обосновать оптимальные значения параметров устройства, обеспечивающих требуемую производительность при минимальных затратах энергии, с установлением степени сходимости результатов теоретического и экспериментального характера;
-
Провести производственную проверку основных результатов исследований, дать им технико-экономическую оценку и разработать рекомендации по проектированию и использованию инновационного способа и устройства в системе механизированного кормления животных.
Методы исследования. Теоретические исследования процесса рассмотрены с позиций и положений теории вероятностей
и математического анализа, а также технической механики и реологии.
Экспериментальные исследования проведены с использованием метода планирования многофакторного эксперимента и математического моделирования.
Обработку полученных данных осуществляли на основе методов математической статистики с использованием ПЭВМ и программы «Statistika – 7.0».
Научная новизна работы:
– новый способ приготовления кормовой добавки с помощью предложенного устройства винтового типа, снабженного структурирующей камерой;
– математические модели оценки плотности и
неравномерности распределения влаги в сапропелево-мучной композиции;
– аналитические зависимости для расчёта производительности устройства и затрат энергии на его привод, а также диаметра и длины структурирующей камеры;
– зависимости в виде уравнений регрессии по определению конструктивно-режимных параметров устройства.
Теоретическая и практическая значимость. Разработана и подтверждена рабочая гипотеза, отражающая предположение о возможности и целесообразности получения кормовой добавки на основе сапропелевого и соево-мучного компонентов с помощью нового способа реализуемого устройством в виде трехузловой системы, имеющей рациональные параметры для конкретных условий трансформации состава и свойств используемого соевого компонента и исходного сапропелевого сырья.
Обоснованные в результате исследований параметры и модели рабочего процесса устройства позволяют использовать их при расчетах и проектировании технических средств данного назначения.
Основные научные положения, вынесенные на защиту:
– новый способ, схема устройства и параметры процесса,
характеризующие получение с их помощью качественной кормовой добавки из сапропелевого сырья и мучного соевого компонента, имеющих различную исходную влажность;
– математическая модель трансформации плотности бинарной композиции;
– параметры устройства, обоснованные путем полученных математических моделей, аналитических зависимостей и уравнений регрессии, характеризующих его рабочий процесс;
– совокупность разработанных инновационных схем использования смесителя-гранулятора и методика его расчета в составе линии по приготовлению соево-сапропелевой добавки КРС и свиньям;
– результаты производственной проверки и технико-экономическая оценка предложенных способа и устройства.
Степень достоверности полученных результатов. Результаты получены с применением известных методик проведения исследований, современной измерительной и вычислительной техники. Достоверность исследований подтверждается сходимостью теоретических и экспериментальных данных, широкой апробацией результатов исследований в хозяйствах Амурской области.
Реализация результатов исследований подтверждаются актами внедрения в хозяйствах Амурской области: ООО «Агро-ком», ООО «Симбирск соя», ООО «МиС Агро», ФГБНУ «Дальневосточный ЗНИВИ», ООО «Соевые технологии».
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на Международной конференции North Charleston USA (2014 год) и Всероссийских конференциях в 2014 – 2017 годах (ДальГАУ, АмГУ).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 18 работ, в т.ч. 10 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 3 патента РФ на изобретения. Общий объем публикаций составляет 8,9 п. л., из них личный вклад автора 4,8 п. л.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из вве-
дения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 200 источников. Работа изложена на 159 страницах, содержит 21 таблицу, 30 рисунков, 24 приложения.