Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние проблемы. цель и задачи исследований 11
1.1 Эффективность нормированного кормления крупного рогатого скота высокобелковыми полнорационными кормовыми смесями с использованием проращенного соевого зерна 11
1.2 Обзор ПТЛ приготовления и раздачи кормовых смесей КРС и их анализ 19
1.2.1 Существующие технологические линии приготовления и раздачи рассыпных кормовых смесей КРС и их анализ 19
1.2.2 Существующие технологические линии приготовления прессованных кормосмесей и их анализ 26
1.3 Обзор исследований процесса приготовления и раздачи кормовых
смесей 33
1.3.1 Оценка эффективности работы технологических линий приготовления
и раздачи кормовых смесей 33
1.3.2 Анализ научных исследований процесса смешивания кормов 37
1.4 Цель и задачи исследований 41
2 Теоретические основы повышения эффективности функционирования птл приготовления и раздачи кормовых смесей КРС 44
2.1 Математическая модель оценки эффективности работы технологических линий приготовления и раздачи высокобелковых многокомпонентных кормовых смесей 44
2.2 Разработка технологии и средств механизации получения биологической массы растений на корм скоту 52
2.2.1 Обоснование технологии и технических средств производства биологической массы растений в искусственных условиях 53
2.2.1.1 Существующие технологии и оборудование для проращивания зерна, их классификация и их анализ 53
2.2.1.2 Обзор исследований процесса проращивания зерна 73
2.2.1.3 Обзор исследований процесса прорастания соевого зерна 75
2.2.2 Теоретические основы производства биологической кормовой массы в искусственных условиях 79
2.2.3 Обоснование технологии и устройства для проращивания соевого зерна 88
2.3 Разработка технологии и средств механизации равномерного
смешивания кормовых компонентов и раздачи кормовой смеси 99
2.3.1 Обоснование способов повышения однородности смеси 100
2.3.1.1 Анализ способов заполнения бункерных раздатчиков кормов с одновременным повышением однородности смеси 100
2.3.1.2 Состояние исследований процесса заполнения бункера кормораздатчика 105
2.3.2 Теоретические основы процесса заполнения бункеров раздатчиков с одновременным повышением качества смеси 109
2.3.3 Обоснование параметров смесителя-распределителя кормов 115
2.3.4. Определение мощности, затрачиваемой на рабочий процесс смесителя распределителя 123
2.4. Разработка технологии и средств механизации прессования кормовых смесей 130
2.4.1. Анализ способов и технических средств, предназначенных для прессования кормовых смесей 131
2.4.2. Теоретические исследования процесса прессования кормовых смесей и обоснование параметров шнекового пресса 144
2.4.2.1 Определение плотности обрабатываемого кормового материала 144
2.4.2.2. Определение производительности установки 156
2.4.2.3. Теоретическое обоснование параметров шнекового пресса 158
2.4.2.4. Определение затрат мощности на процесс прессования кормов 160 Выводы по результатам теоретических исследований 168
3. Программа, методика исследований и обработки экспериментальных данных 170
3.1. Программа, методика и объекты исследований 170
3.2. Методика экспериментальных исследований процесса проращивания соевого зерна 171 3.2.1. Определение физико-механических свойств сухого, замоченного и w проращенного зерна сои 171
3.2.2. Установка и оборудование для экспериментальных исследований процесса проращивания соевого зерна 173
3.2.3. Методика определения оптимальных параметров процесса проращивания соевого зерна 175
3.3. Методика экспериментальных исследований процессов смешивания компонентов, заполнения бункера-раздатчика и выдачи кормов 178
3.3.1. Установка и оборудование для экспериментальных исследований процессов смешивания и заполнения бункера раздатчика 178
3.3.2. Описание конструкции смесителя-распределителя 183
3.3.3. Методика определения физических и механических свойств кормов, используемых в экспериментальных исследованиях процессов смешивания, заполнения и выдачи кормов 185
3.3.4. Методика определения неравномерности подачи и однородности смешивания кормовых компонентов 187
3.3.5. Методика определения оптимальных конструктивных и режимных h параметров смесителя-распределителя 189
3.3.6. Методика по определению влияния способа заполнения бункера на однородность получаемой кормовой смеси, неравномерность ее распределения в бункере и неравномерность выдачи раздатчиком 191
3.4. Методика экспериментальных исследований процесса прессования кормовых смесей 192
3.4.1. Описание экспериментальной установки 193
3.4.2. Методика определения качественных и энергетических показателей процесса прессования кормовых смесей 195
3.4.3. Методика определения математических моделей процесса прессования кормовых смесей и его оптимальных параметров 196
4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ 199
4.1. Результаты исследований процесса проращивания соевого зерна и их анализ 199
4.1.1. Физико-механические свойства сухого, замоченного и проращенного соевого зерна 199
4.1.2. Результаты оптимизации процесса проращивания соевого зерна 203
4.2. Результаты исследований процесса смешивания кормов, заполнения бункера и выдачи кормовых смесей 209
4.2.1. Исследования и оценка рабочего процесса существующих технологических линий приготовления кормовых смесей 210
4.2.2. Определение конструктивных и режимных параметров смесителя-распределителя 211
4.2.3. Результаты исследования производительности и энергоемкости смесителя-распределителя 217
4.2.4. Исследование влияния способа заполнения бункера на однородность получаемой смеси и равномерность выдачи ее рабочими органами раздатчика 219
4.2.4.1 Влияние скорости перемещения смесителя-распределителя на однородность смеси в бункере и при выгрузке из кормораздатчика 220
4.2.4.2. Влияние показателя кинематического режима и скорости перемещения смесителя-распределителя на неравномерность распределения корма в бункере раздатчика 223
4.2.4.3. Влияние способа заполнения бункера кормом на неравномерность выдачи его кормораздатчиком 224
4.3. Результаты исследований процесса прессования кормовых смесей и их анализ 226
4.3.1 Результаты экспериментального отсеивания факторов, незначительно влияющих на процесс прессования 227
4.3.2 Результаты оптимизации конструктивных и режимных параметров брикетирующего пресса 228
4.3.3 Исследования влияния угловой скорости вращения шнека и исходной влажности кормовой смеси на производительность шнекового пресс-брикетировщика и влажность готовых брикетов 231
4.3.4 Исследование влияния угла наклона каналов прессования на крошимость брикетов и удельную мощность 233 Результаты исследований удельных затрат энергии и производительности пресса от конструктивных и режимных параметров пресса 234
Выводы по результатам экспериментальных исследований 236
Производственные испытания, экономическая эффективность результатов исследований 239
Общие сведения о реализации научных разработок 239
ПТЛ приготовления и раздачи кормовых смесей и применяемое оборудование 239
Экономическая эффективность внедрения результатов исследований... 245
Общие выводы 256
Литература
- Существующие технологические линии приготовления и раздачи рассыпных кормовых смесей КРС и их анализ
- Разработка технологии и средств механизации получения биологической массы растений на корм скоту
- Определение физико-механических свойств сухого, замоченного и w проращенного зерна сои
- Исследования и оценка рабочего процесса существующих технологических линий приготовления кормовых смесей
Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из наиболее важных показателей качества кормовых смесей является наличие в них всех необходимых для организма животного питательных веществ и наиболее полное их усвоение. Получаемые в настоящее время кормовые смеси плохо сбалансированы по элементам питания и, в частности, по белку, и витаминам, что приводит к снижению продуктивности животных. Повысить питательную ценность кормовой смеси можно за счет введения в нее соевого зерна и продуктов его переработки, однако в сыром виде соевое зерно содержит антипитательные вещества, такие как ингибиторы трипсина и уреаза, поэтому включение его в рационы в неподготовленном виде не эффективно. В тоже время применяемые в настоящее время технологии переработки сои на кормовые цели при кормлении крупного рогатого скота не отвечают современным требованиям по качеству приготавливаемого продукта, энергоемки и требуют больших капитальных вложений. В связи с этим необходим поиск наиболее эффективных способов подготовки зерна сои к скармливанию животным, позволяющих снизить содержание в нем антипитательных веществ и энергоемкость процесса его обработки.
Одним из видов высокопитательного продукта для животных может быть проращенное соевое зерно. Оно богато белком, жирами, витаминами. Проращивание зерна не требует больших энергозатрат и позволяет значительно снизить содержание антипитательных веществ и улучшить усвояемость соевого белка, в тоже' время процесс этот остается малоизученным. Проведенные ранее исследования процесса обработки зерна сои практически не касались его проращивания и применения проращенного зерна в качестве кормового компонента.
Важной причиной, снижающей качество кормовой смеси, является потеря питательных веществ кормовых компонентов в процессе их заготовки, хранения и приготовления. При действующих технологиях заготовки сена потеря питательных веществ достигает 40 % , закладки высоковлажного силоса - 20% , сенажирования 10...20% в результате биохимических и микробиологических процессов, к этому добавляются так называемые механические потери при уборке, транспортировке и обработке корма. Сохранению питательных веществ и повышению усвоения их организмом животного способствует обработка корма посредством высокой температуры или давления. Термическое воздействие на растение пламенем или паром позволяет ускорить процесс сушки после скашивания и сохранить до 95% питательных веществ. Однако, термические способы обработки растений требуют значительных капиталовложений, а также больших энергетических затрат. Заготовка кормов методами механического обезвоживания и приготовления прессованных кормосмесей позволяет значительно снизить потери питательных веществ и повысить доступность основных питательных элементов корма, а также значительно снизить удельный расход энергии и приведенные затраты по сравнению с агрегатами АВМ-0,65, АВМ-1,5, но разработанные технологии мало используются в народном хозяйстве, вследствие низкой технологической надежности и большой стоимости применяемого в них оборудования.
Также причиной потерь питательных веществ кормов и снижения их усвояемости организмом животного в процессе его механической обработки и
раздачи является нарушение соотношения кормовых компонентов в смеси, неравномерное смешивание кормовых компонентов, нарушение теплового режима обработки, несоответствие фракционного состава кормовых компонентов зоотехническим требованиям, неравномерность выдачи корма животным Одним из основных путей улучшения качества кормовых смесей и снижения непроизводительных потерь является разработка технологий, учитывающих местные особенности кормовой базы, позволяющих максимально сохранить питательные вещества кормов и улучшить их усвояемость за счет повышения качественных показателей работы машин, входящих в их состав и введения в смесь высокопитательных легкоусвояемых кормовых компонентов.
Поэтому проблема сокращения потерь питательных веществ корма в процессе его механической обработки, хранения и кормления сельскохозяйственных животных, энергонасыщения кормовой смеси является актуальной, позволяющей повысить питательную ценность корма и продуктивность животных.
Цель исследовании - повышение эффективности производства продукции животноводства (молока и мяса) за счет разработки и применения перспективных технологий и технических средств для приготовления и раздачи высокобелковых полнорационных рассыпных и прессованных кормовых смесей.
Объект исследований - технологический процесс приготовления и раздачи высокобелковых полнорационных рассыпных и прессованных кормовых смесей с использованием проращенного соевого зерна.
Предмет исследований - закономерности процессов приготовления и раздачи высокобелковых полнорационных рассыпных и прессованных кормовых смесей с использованием проращенного соевого зерна.
Методы исследований. Работа выполнялась в период с 1994 г. по 2006 г. в рамках государственной программы (№ ГР 01880057514, № ГР 018800557515), выполняемой ФГОУ ВПО ДальГАУ, а также на основе выполнения хоздоговорных и инициативных НИР и ОКР.
Общей методологической основой исследований являлось использование системного подхода, обеспечивающего рассмотрение процессов приготовления и раздачи высокобелковых полнорационных кормовых смесей с учетом взаимосвязей качества приготавливаемых кормов с технологическими и конструктивными параметрами технических средств. В аналитических исследованиях использованы методы и положения теоретической механики, теории вероятностей, математического анализа. Экспериментальные исследования проводились на пилотных установках с использованием методов планирования многофакторных экспериментов и математического моделирования. Анализ и обработка полученного экспериментального материала осуществлялась с помощью методов математической статистики.
Научная гипотеза. Повышение эффективности процессов приготовления и раздачи высокобелковых полнорационных кормовых смесей может быть достигнуто за счет снижения величины потерь продукции, недополученной вследствие потерь питательных веществ корма при его заготовке, хранении, приготовлении и раздаче, а также за счет поиска и выбора рациональных способов и схем подготовки кормов к скармливанию животным и выявления закономерностей и зависимостей,
характеризующих указанные процессы. Знание данных закономерностей позволит обосновать параметры технологий и технических средств, а также условия их эффективного использования.
Научную новизну представляют:
- математическая модель оценки эффективности технологий получения и
использования кормовых смесей на основе высокобелковых компонентов,
учитывающая величину потерь питательных веществ и усвояемости кормового
рациона сельскохозяйственных животных в процессе механической обработки,
хранения и раздачи кормов;
зависимости и закономерности по обоснованию параметров технических средств и режимов процессов проращивания зерна, смешивания кормовых компонентов во взаимной связи с процессом раздачи кормовых смесей, прессования кормовых смесей;
комплекс технологических решений и технических средств для приготовления и раздачи рассыпных и прессованных кормовых смесей на основе проращенного соевого зерна;
- математические модели процессов проращивания соевого зерна, смешивания,
измельчения и прессования кормов.
Новизна технических решений подтверждена полученными авторскими свидетельствами и патентами.
Практическая значимость работы. Разработана методика расчета оценки эффективности технологических линий приготовления и раздачи кормовых смесей, учитывающая величину потерь питательных веществ корма в процессе его механической обработки, хранения и кормления сельскохозяйственных животных. Обоснована технология приготовления и раздачи рассыпных и прессованных кормовых смесей крупному рогатому скоту на основе проращенного соевого зерна. Определены основные конструктивно-режимные параметры технических средств, обеспечивающих качественную реализацию процессов приготовления и раздачи рассыпных и прессованных кормосмесей для крупного рогатого скота.
Результаты исследований могут быть использованы проектными институтами, КБ, сельхозпроизводителями, учебными учреждениями при проектировании и эксплуатации предприятий по производству кормов, а также при подготовке специалистов для агропромышленного комплекса.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований одобрены и рекомендованы к внедрению экспертной комиссией по внедрению научно-технических разработок и передового опыта в агропромышленном производстве департамента агропромышленного комплекса Амурской области (протокол №3 от 15.05.06), а также НТС Ассоциации российских производителей и переработчиков сои (протокол №2 от 16.05.05). Разработанные технологии проращивания соевого зерна, смешивания кормовых компонентов во взаимной связи с процессом раздачи кормовых смесей, прессования кормовых смесей и технические средства для их реализации использованы при разработке системы технологий и машин для сельскохозяйственного производства России и малотоннажной переработки сельхозпродукции. Результаты исследований использованы Головным экспериментально-конструкторским институтом по машинам для переработки
травы и соломы (ГЭКИ г. Вильнюс) при разработке смесителей-распределителей кормов и создании оборудования ПТЛ приготовления и раздачи кормовых смесей, ОПКТБ ДальНИПТИМЭСХа (г. Благовещенск) при разработке технической документации на оборудование ПТЛ приготовления и раздачи кормовых смесей и создании опытных партий технических средств (смеситель-распределитель, пресс-брикетировщик). ДЗОС НПО ВИСХОМом, ОПКТБ ДальНИПТИМЭСХа, Дапьгидроспецстроем (г. Благовещенск) освоен выпуск малыми партиями технических средств для приготовления высокобелковых рассыпных и прессованных кормовых смесей с последующим использованием в хозяйствах Амурской области. Созданные на основе исследований технологии и технические средства (смеситель-распределитель, измельчитель кормов, бункер-накопитель, устройство для проращивания соевого зерна, шнековый брикетирующий пресс), разработанные автором, получили применение в сельскохозяйственных предприятиях Амурской области: ОПХ ВНИИ сои Тамбовского района, совхозе «Чигиринский» Благовещенского района, ТОО «Новоалексеевское» Ивановского района, Амурской государственной зональной машиноиспытательной станции и КФХ «Ринг» Михайловского района, КФХ «Малиновское» Бурейского района, ПСК «Ленинский» и ООО «Амур» Архаринского района. Основные положения, выносимые на защиту:
математическая модель оценки эффективности технологий получения и использования кормовых смесей на основе высокобелковых компонентов, учитывающая величину потерь питательных веществ и усвояемости кормового рациона сельскохозяйственных животных в процессе механической обработки, хранения и раздачи кормов;
модель функционирования поточно-технологической линии приготовления и раздачи рассыпных и прессованных кормовых смесей с использованием белково-витаминного конвейера;
технология и технические средства приготовления и раздачи высокобелковых полнорационных рассыпных и прессованных кормовых смесей на основе проращенного зерна сои;
теоретические и экспериментальные закономерности по процессам проращивания зерна, смешивания кормовых компонентов и распределения их в бункере кормораздатчика, прессования и раздачи кормовых смесей;
- аналитические выражения для расчета конструктивно-режимных параметров,
производительности и мощности установки для проращивания соевого зерна,
смесителя-распределителя и пресс-брикетировщика.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях ФГОУ ВПО ДальГАУ (с 1988 по 2006 гг.), Саратовского ГАУ (1993, 1994 гг.), научно-практических конференциях ДальНИПТИМЭСХА (1990, 1991, 1994 гг.), на совещаниях специалистов ГЭКИ по машинам для переработки травы и соломы и ДальНИПТИМЭСХА (Вильнюс 1989, 1990 гг.), научно-практической конференции УНПК Ивановского района (1996 г., 1998 гг.), совместных расширенных заседаниях НТС ИМСХ и кафедры «Механизация АПК» ДальГАУ (1997, 2005 гг.), совместном расширенном заседании лабораторий «Системы технологий и машин» и
«Механизации животноводства» СибИМЭ (1997 г.), заседании докторского научно-методологического семинара ГНУ СибИМЭ (2005 г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 54 печатных работах, в том числе 4 авторских свидетельствах и 2-х патентах на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения и пяти глав, общих выводов, списка литературы из 312 наименований (в т.ч. 33 на иностранных языках) и приложений. Общий объем 320 стр., в т.ч. 35 приложений, 67 рисунков и 31 таблица.
Существующие технологические линии приготовления и раздачи рассыпных кормовых смесей КРС и их анализ
Одним из основных показателей качества приготавливаемой кормовой смеси является степень ее однородности по составу кормовых компонентов. Процесс смешивания различных компонентов - один из самых сложных и малоизученных. Режимы смешивания, применяемые на практике, базируется в основном на экспериментальных данных, полученных на конкретных смесительных установках и в определенных условиях.
Основные положения теории смешивания материалов представлены в трудах A.M. Григорьева, Р.Л. Зенкова, А.А. Лапшина, СВ. Мельникова. Вопросам смешивания кормов посвящены работы Е.А. Раскатовой, П.И. Жевлакова, Г.М. Кукта, Ф.К. Новобранцева, Ф.Г. Стукалина, Н.И. Кулешова, А.В. Мацукевича, И.А. Уланова, Л.М. Куцина, И.И. Фурса и других ученых.
Анализ работ, посвященных исследованиям процесса смешивания кормовых компонентов в смесителях непрерывного действия [42, 79, 130, 153, 176, 205, 206], показал, что использование полученных авторами закономерностей для описания процесса смешивания стебельных кормов и проектирования смесительных установок в приготовлении кормосмесей для крупного рогатого скота без соответствующей корректировки не представляется возможным.
Смешивание кормов для крупного рогатого скота исследовали В.А. Голиков и О.Б. Пошевнин [44, 187], которые показали, что для смешивания грубых кормов с другими кормовыми компонентами может быть использован двухвальный смеситель ЗСМ-1, применяющийся в комбикормовой промышленности. Кроме того, в работе [187] приведены результаты исследований экспериментального смесителя непрерывного действия, позволяющего снизить по сравнению со смесителем С-12 и 2СМ-1 затраты мощности на приготовление кормосмеси соответственно в 12 и 4 раза, а также получены зависимости качества получаемой смеси и энергоемкости процесса от параметров смесителя, предложен флуориметрический метод определения однородности смеси.
В НИПТИМЭСХ Нечерноземной зоны РФ создан экспериментальный смеситель с планетарным движением рабочих органов [51, 165], который исследовался на приготовлении кормовых смесей, включающих в себя грубые корма. Авторы считают, что установка такого смесителя в технологических линиях по приготовлению брикетов обеспечит получение требуемой однородности кормовой смеси при производительности 4...9 т/ч. При этом длина смесительной камеры должна быть 1,50... 1,75 м, частота вращения валов вокруг собственных осей 1,23...1,90 с"1, а вокруг оси смесительной камеры - 0,17...0,27 с"1 при коэффициенте заполнения смесителя 0,35...0,40. Однако нормальная работа указанного смесителя в значительной степени зависит от качества измельчения и дозирования подаваемых в камеру смешивания кормовых компонентов.
Заслуживают внимание сравнительные исследования смесителей непрерывного действия, приведенные в работе [264]. Автор проводил испытания спирального ленточного рабочего органа, игольчатого барабана с отбойным битером, лопастного рабочего органа со шнековым питателем и скоростного ленточного транспортера, которые обеспечивали смесителю производительность до 60 т/ч. Автор исследований считает наиболее целесообразным применение в качестве смешивающего органа прорезиненной ленты транспортера, которая движется с большой скоростью. Каждый последующий компонент наслаивается на предыдущий очень тонким слоем, что, в конечном счете, обеспечивает получение однородной смеси любого состава.
Исследованиями в КазНИИМЭСХе [210] установлено, что однородность кормосмесей, приготавливаемых без смесителей, за счет перевалки компонентов с одного транспортера на другой, не превышает 60%. Следует ожидать, что при использовании скоростного ленточного транспортера маловероятно получение однородной смеси, отвечающей зоотехническим требованиям.
И.А. Уланов [249] исследовал процесс смешивания в комбинированном агрегате - измельчителе-смесителе. Из трех измельчающих аппаратов дискового типа с ножами, молотками и штифтами, по мнению автора, как по качественным, так и по энергетическим показателям наиболее перспективными для приготовления смесей из грубых и сочных кормов является барабан с трапециидальными ножами в сочетании с проти ворежущеи декой и сменными решетками. Однако, данному измельчителю-смесителю присущи недостатки, которыми обладают все подобные комбинированные агрегаты: отсутствие способности сглаживания флуктуации питающих потоков, повышенная требовательность к точности дозирования компонентов и трудность обеспечения зоотехнических требований к операции измельчения в случае сочетания смешивания с измельчением.
Отмеченные недостатки характерны и для других измельчителей-смесителей непрерывного действия, результаты исследований которых приводятся в работах [126, 166]. Авторы работ [120, 124] предлагают заключительную операцию смешивания осуществлять в дробилке-смесителе, основным рабочим органом которой является дробильно-смесительный ротор с 3, 4 и 6 комплектами молотков. Однако, результаты сравнительных испытаний смесительных установок непрерывного действия, приводимые в работе [126], показывают, что однородность получаемой в дробилке-смесителе кормовой смеси сравнительно низкая и при любых условиях не превышает 80%.
Разработка технологии и средств механизации получения биологической массы растений на корм скоту
Вопросы физиологии прорастания семян сои в естественных условиях детально рассматриваются в обзорах Тула [309], а также Крокера и Бартона [285]. Вайс [311] описывает факторы, влияющие на жизнеспособность семян.
Прорастание определяется как «появление и формирование из зародыша семени таких существенно важных структур, которые могут свидетельствовать о возможности развития в соответствующих условиях нормального растения» [309]. Семена сои не требуют для своего прорастания какого-либо особого светового режима, однако не менее чем семена других культур зависят от наличия подходящих условий влажности и аэрации.
Для нормального прорастания семян нужны также и определенные внутренние условия, а именно: наличие доступных питательных веществ и необходимых для их использования метаболических систем, соответствующий баланс регуляторов роста и наличие структур, облегчающих перенос элементов питания, требующихся для роста. Процесс прорастания включает в себя мобилизацию и использование пищевых и энергетических резервов, в противоположность процессу формирования семени, при котором происходит только накопление (аккумуляция) энергетических веществ. Известно, что в полевых условиях всходы начинают появляться на 5-7-й день после посева в зависимости от глубины заделки семян, влажности почвы и температуры.
Согласно данным Хантера и Эриксона [232], количество влаги, необходимой для прорастания семян сои, равно приблизительно 50% от веса семени. У кукурузы оно составляет примерно 30, у риса 26 и сахарного тростника 31%. Кукуруза прорастает при напряжении почвенной влаги, равном 12,5 атм, в то время как семена сои не удается прорастить, если этот показатель превышает 6,6 атм.
Избыточная влажность неблагоприятна для прорастания [311]; в опытах по проращиванию семян в песке его увлажнение свыше 15% приводило к снижению процента прорастания [285]. Семена можно оставить в воде, пока они не поглотят ее вдвое больше собственного веса; если после этого быстро высушить семена в потоке воздуха, процент прорастания снижается очень незначительно.
Хоть в некоторых случаях было показано исключительно важное значение кислорода для прорастания [284] и считается, что он совершенно необходим для семян в этот период, проведено очень мало количественных исследований по изучению влияния уровня кислорода на процесс прорастания семян [311]. Избыток воды, по-видимому, ухудшает снабжение семян кислородом [303, 309].
Влияние температуры на процесс прорастания изучен особенно хорошо. По данным Делуша [286], максимум прорастания за самый короткий период наблюдается при температуре 30С. Чтобы получить такой же процент прорастания при 20С, необходимо почти вдвое больше времени. Относительно потребности семян в изменяющемся температурном режиме сведений нет. Иноуэ [292], работая с японскими сортами, установил, что оптимальная температура прорастания равняется 33,9-36,1 С, минимальная 2,2-3,9С и максимальная 42,2-43,9С.
Интенсивность дыхания при прорастании семян сои характеризуется увеличением потребления кислорода и изменениями в специфичности субстрата, что может быть связано с изменением характера использования запасных питательных веществ. В прорастающем семени установлено наличие цикла трикарбоновых кислот, а в митохондриях, так же как и в других тканях, наблюдается высокий уровень окислительной активности [286, 290,307].
Аказава и др. [281] сообщают о переаминировании и синтезе аминокислот цитоплазматическими частицами (преимущественно митохондриями) в ростках сои. Как количество митохондриального азота, так и поглощение кислорода на единицу азота достигают своего пика спустя пять дней после начала прорастания [290]. На пятый день изменяется также уровень глиоксилата [298], с помощью которого осуществляется превращение жирных кислот в углеводы [283, 284].
Как показал Холман [232], содержание масла в семядолях в процессе прорастания падает и спустя 15 дней составляет всего около 2% от исходной величины. Йодное число масла снижается со 140 до 120. Уровень липоксидизы достигает максимума на четвертый день, но очень быстро падает и на девятый день составляет всего 10% от максимального количества. Каталазная активность достигает своего пика на пятый день. Эти ферменты используют в качестве субстратов перикиси и чрезвычайно интересны в связи с превращениями жиров и возможным образованием перекисей в процессе распада ненасыщенных жирных кислот [304]. Кан [294] сообщает, что вслед за пиком липазной активности, который наступает на пятый день, начинается быстрое исчезновение масла. По данным Кана [293], жировые фракции в семядолях прорастающих семян сои встречаются в виде капелек, содержащих белок, фосфолипиды, нуклеиновые кислоты и воду, но не имеющие в своем составе углеводов. В процессе прорастания пропорция нитриглицеридных компонентов во фракции «природного жира» с течением времени постепенно снижается.
Как показали Мак-Ал истер и Кробер [301], углеводы используются намного быстрее, чем фракция жиров. Запас углеводов практически исчерпывается уже на третий день после начала прорастания. Количество белка в течение первых двух недель снижается примерно с той же скоростью, что и масла, а затем темп его использования значительно замедляется.
Значение различных изменений в витаминах, аминокислотах и т.д. для прорастающего растения в некоторых случаях очень трудно уяснить. Однако такого рода вопросы приобретают чрезвычайный интерес в связи с питанием животных. Аскорбиновая кислота в недозревших семенах действует, по-видимому, как ингибитор прорастания. Это активное начало в экстрактах из недозревших семян [261, 262] Кий и Уолд [297] идентифицировали как 1-аскорбиновую кислоту. Этот ингибитор достигает максимальной концентрации приблизительно к середине периода формирования семян, а к моменту их созревания его содержание падает до низкого уровня. По данным Мак-Кинни [303], аскорбиновая кислота, которая отсутствует в созревших бобах, появляется в семенах вскоре после начала прорастания, причем ее уровень в течение четырех дней быстро возрастает.
Определение физико-механических свойств сухого, замоченного и w проращенного зерна сои
В шнековом пресс-брикетировщике брикет формуется при проталкивании коническим шнеком материала через насадку. Шнековые пресс-брикетировщики мало используются из-за высокой энергоемкости процесса прессования.
При применении вальцовых прессов, состоящих из двух вращающихся навстречу друг другу цилиндрических вальцов, брикетирование осуществляется прокатыванием материала. Эти прессы малопроизводительны.
В последние годы все больше внимания уделяется вальцовым рабочим органам, состоящим из пяти вальцов, образующих коническую прессовальную камеру, которая обеспечивает уплотнение сена скручиванием. Вальцовые рабочие органы прокатывающего типа менее энергоемки, однако они пока не нашли промышленного применения, так как требуют равномерной подачи материала к вальцам и для получения большой степени уплотнения нужны вальцы большого диаметра.
Кольцевые прессы имеют кольцевые матрицы с размещенными по периметру прессовальными каналами, через которые роликом или криволинейными лопастями продавливается брикетируемый корм. Преимуществом кольцевых рабочих органов является непрерывность технологического процесса. Однако они сравнительно энергоемки и требуют тщательной подготовки материала перед брикетированием -однородного измельчения и равномерной влажности.
Технологический процесс при гранулировании кормов во всех существующих схемах сводится к следующему. Травяная мука из системы отвода сушильного агрегата шнековым транспортером загружается в накопительный бункер. Из бункера она подается дозатором в смеситель, куда одновременно вводится вода или пар для кондиционирования муки. При гранулировании комбикорма кондиционирование проводят только сухим паром, что позволяет увеличить производительность оборудования и получить гранулы высокой прочности [124, 132, 145, 181].
Из смесителя увлажненный и тщательно перемешанный корм непрерывно выводится в камеру пресса, затягивается вращающимися прессующими вальцами и матрицей и вдавливается в радиальные отверстия неподвижной матрицы, где под действием высокого давления формируются гранулы. Выдавленные гранулы обламываются вращающимся обламывателем, ленточным транспортером и норией транспортируются в камеру предварительного сортирования и далее в охладительную колонку.
Воздушным потоком, создаваемым в камере сортирования вентилятором, крошка и пылевидные частицы отделяются от гранул и через циклон возвращается в бункер.
Анализ конструктивно-технологических схем пресс-грануляторов показывает, что основным их недостатком является большая энергоемкость, обусловленная тем, что продавливающие роллеры воздействуют на всю поверхность матрицы, включая и перемычку между отверстиями. Это в свою очередь создает значительное сопротивление перемещению роллеров и совершению бесполезной работы. Исключить данный недостаток можно только лишь уменьшением площади перегородок между отверстиями матрицы, однако их уменьшение возможно до определенного предела, за которым снижается надежность матрицы в результате ослабления ее конструкции.
Наиболее рациональным на наш взгляд решением является поиск нового питающе-продавливающего рабочего органа с одновременным рациональным размещением относительно него матрицы с отверстиями (прессующей головки).
Для брикетирования кормов в настоящее время получило распространение оборудование ОПК-2, ОПК-2А. Узел брикетирования кормов ОПК-2 включает в себя следующие основные части: сборную матрицу с механизмом для регулирования прессующих каналов, два прессующих вальца 9, блок направляющих лопаток, плиту с полумуфтой для приводов рабочих органов смесителя- питателя, приемник.
Брикетные прессы штемпельного типа: а- пресс ГТБС-3: 1- маховик; 2- коленчатый вал; 4- крейцкопф; 5- штемпель; 6-делительная камера; 7- звездочка привода шнека; б- схема звездообразного шестиштемпельного пресса.
Пресс брикетный четырехштемпельный ПБС-3 конструкции ВНИИКОМЖа состоит из рамы, приемной камеры, брикетирующего механизма, камеры прессования, увлажнителя и электрооборудования. Брикетирующий механизм сдвоенный (рис. 2.23 а), является основным узлом пресса и состоит из двух параллельно работающих кривошипно-шатунных механизмов и делительной камеры 6. Крейцкопф 4 каждого шатуна несет на себе по два штемпеля 5, формирующих брикеты цилиндрической формы 0 6,5 мм при средней плотности 710-750 кг/м . Мощность электродвигателя 55 кВт. Производительность пресса до 3 т/ч. Шестиштемпельный пресс-брикетировщик конструкции Калининского политехнического института и Донского СХИ в основе имеет звездообразный кривошипно-шатунный механизм (рис. 2.23 б) и систему подачи корма в камеры прессования.
Экспериментальный вальцевый пресс-брикетировщик формующего типа (разработан В. Ф. Некрашевичем в Рязанском СХИ) работает по принципу прокатки [158]. Пресс состоит из прессового кольца-матрицы (рис. 2.24 а) с коническими отверстиями, вращающегося между ведущим 5 и опорным 1 вальцами. Вальцы имеют на своих рабочих поверхностях ячейки, которые располагаются против отверстий матрицы, вместе с ними образуют камеру прессования. Прессовое кольцо проходит через приемный бункер 3, оборудованный вибропитателем 2. Внутри кольца на неподвижном основании установлен роликовый выталкиватель брикетов 6, а снаружи опорный ролик 7. Данный пресс позволяет получать брикеты без
136 острых кромок, с галтелями по периферии, что уменьшает крошимость. Матрица имеет высокий коэффициент перфорации (0,7- 0,75), что позволяет уменьшать суммарную площадь перемычек, а вместе с тем и затрат энергии на сталкивание материала с перемычек в ячейки камеры прессования.
Вальцовый пресс-брикетировщик «Ланделл 450» с кольцевой матрицей выдавливающего типа (фирма «Ланделл», США) имеет неподвижную горизонтальную матрицу 1 (рис. 2.24 б) с 45 регулируемыми по сечению каналами [158]. Плотность брикетов регулируется поворотом боковых стенок прессовальных каналов с помощью пневмоцилиндриков 5, расположенных на периферии матрицы между каналами 6. Для повышения срока службы матрицы входная часть каналов оснащена сменными наконечниками 4. Каналы имеют сечения 32x32 мм. Пресс выдает брикеты плотностью 530 кг/м при производительности 5 т/ч.
Исследования и оценка рабочего процесса существующих технологических линий приготовления кормовых смесей
Анализ зависимостей 4.14, 4.15 показывает, что значительное влияние на качество получаемой кормовой смеси оказывает неравномерность подачи кормовых компонентов и способ загрузки кормовой смеси в кормораздатчик. Из графиков видно, что увеличение значений однородности получаемой кормовой смеси как в бункере кормораздатчика, как и на выходе из него наблюдается при больших скоростях перемещения смесителя распределителя, т.е. при увеличении числа слоев формируемого монолита. Причем при повышении неравномерности подачи кормовых компонентов взаимосвязь данных величин усиливается. Это вызвано сочетанием действия двух противоположных процессов: смешивания и сегрегации. В данном случае под сегрегацией (разделением) подразумевается естественное сортирование смеси рабочими органами кормораздатчика по гранулометрическому составу, по массе, объему и т.д. Т.е. посредством послойной загрузки мы добиваемся почти идеальной по составу смеси в бункере кормораздатчика, но при выгрузке происходит некоторое перераспределение частиц корма, что приводит к снижению показателей однородности. И, наоборот, при небольших значениях однородности в бункере значения однородностей на выгрузке несколько выше, т.е. в данном случае посредством битеров происходит частичное смешивание компонентов смеси. В это же время если посмотреть по численным значениям, то видно, что при большой неравномерности подачи кормовых компонентов в смеситель показатель однородности на выгрузке значительно выше при послойной укладке кормовой массы смесителем-распределителем, чем при обычном способе загрузки бункера с помощью выгрузного транспортера. Это объясняется тем, что в процессе заполнения бункера раздатчика с помощью выгрузного транспорта (технологические линии КОРК-15 и ее модификации, КЦК-5 и т.д.) неоднородная по составу смесь (вследствие большой неравномерности подачи питателями компонентов в смеситель) заполняет пространство бункера, образуя при этом конус корма с углом у основания равным углу естественного откоса корма. Причем состав кормовой смеси в разных частях конуса различный вследствие сегрегации частиц при загрузке, вследствие хаотичности формирования конуса. Естественно, что при выгрузке кормовой смеси кормоотделителем раздатчика будет подаваться слой корма с различным составом кормовых компонентов, причем контролировать состав в данном случае практически невозможно. Вследствие этого при выгрузке фиксируются малые значения однородной смеси. И, наоборот, при послойной укладке кормовой смеси порции корма, выданные смесителем (не обязательно равные по составу) заполняют пространство бункера в строго определенной последовательности, следуя определенной математической зависимости. При этом состав корма по длине бункера будет зависеть от того, насколько правильно подобрана масса порций (в данном случае подача) и скорость перемещения смесителя-распределителя, что показывают графики, приведенные на рис. 4.14 и 4.15.
В результате проведенных опытов можно сделать следующие выводы:
1) значение однородности получаемой кормовой смеси зависит не только от качества смешивания компонентов смесителем, но в значительной степени от способа загрузки кормовой смеси в бункер;
2) в процессе загрузки кормовой смеси в бункер кормораздатчика возможно выравнивание ее однородности за счет более равномерного распределения контрольного компонента по длине бункера;
3) увеличение числа загружаемых слоев ведет к увеличению значений однородности смеси;
4) применение смесителей распределителей позволяет, не усложняя конструкции питателей кормов, получить качественную смесь, причем технологическая линия значительно упрощается, т.к. отпадает необходимость применения смесителей и различного рода выравнивателей потоков.
Влияние показателя кинематического режима и скорости перемещения смесителя-распределителя на неравномерность распределения корма в бункере раздатчика
В результате теоретических исследований, а также поисковых опытов было установлено, что одним из основных факторов, оказывающих значительное влияние на качественный показатель 5q, характеризующий процесс распределения, оказывает показатель кинематического режима X, представляющий соотношение окружности скорости молотков распределяющих барабанов к скорости перемещения ленты подающего транспортера. Для более детального изучения характера связи между данными показателями были проведены экспериментальные исследования.
Нарис. 4.16 представлены экспериментально полученные зависимости 8q от X при производительности загрузки 10 т/ч.
Из графиков видно, что увеличение показателя кинематического режима до 42 приводит к значительному уменьшению неравномерности распределения корма по длине бункера, дальнейшее увеличение данного показателя характеризуется увеличением неравномерности заполнения бункера. Изменение неравномерности распределения корма в бункере объясняется тем, что с изменением показателя кинематического режима изменяется окружная скорость мо лотков и масса корма приходящаяся на один молоток, что приводит к изменению скорости перемещения порций корма на выходе из камеры распределителя и следовательно траектории движения последних. В связи с этим при незначительной скорости перемещения частиц, соответствующей значению показателя кинематического режима равному 24, происходит концентрация частиц в бункере непосредственно под выгрузными горловинами распределителя, т.е. по ширине бункера образуется два конуса с углом у основания равным углу естественного откоса корма. Такое распределение значительно снижает качество заполнения бункера. Дальнейшее увеличение скорости движения частиц корма на выходе из смесителя-распределителя ведет к более равномерному заполнению бункера. При скорости частиц на выходе соответствующей показателю кинематического режима равным 42 наблюдается наиболее равномерное заполнение бункера. Дальнейшее повышение скорости движения частиц приводит к тому, что частицы концентрируются у стенок бункера раздатчика, что так же значительно снижает равномерность заполнения последнего. Поэтому наилучшее качество распределения достигается при соотношении X в пределах от 38 до 49. При таком значении X неравномерность распределения 5q практически не изменяется.
