Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ способов и средств скарификации и извлечения перги из перговых сотов . 11
1.1. Эффективность использования перги в народном хозяйстве. 11
1.2. Требования к заготовке перговых сотов . 16
1.3. Анализ способов и средств механизации по подготовке перговых сотов к сушке. 22
1.4. Анализ выполненных исследований по подготовке перговых сотов к сушке. 27
1.5. Постановка проблемы, цель и задачи исследований. 28
2. Физико-механические свойства перговых сотов и перги . 31
2.1. Программа и методика исследований. 31
2.1.1. Методика определения геометрических параметров и массы перговых сотов и их компонентов. 31
2.1.2. Методика определения геометрических параметров и массы перговых гранул. 34
2.1.3. Методика определения массы перги в рамке. 34
2.1.4. Методика определения влияния влажности на объемную массу и плотность, прочность и липкость перговых гранул. 35
2.1.5. Методика определения влияния влажности на обобщенный модуль продольной деформации перги. 40
2.2. Характеристика перговых сотов. 41
2.3. Результаты определения геометрических параметров и массы перговых гранул . 44
2.4. Результаты исследований физико-механических свойств перговых гранул. 47
2.5. Результаты определения влияния влажности на обобщенный модуль продольной деформации перги. 51
Выводы. 53
3. Теория процесса скарификации перговых сотов . 55
3.1. Модель функционирования технологической линии извлечения перги из сотов. 55
3.2. Установка для скарификации перговых сотов и принцип ее работы . 57
3.3. Определение мощности, необходимой на привод, и производительности установки для скарификации перговых сотов. 61
3.3.1. Кинематическая схема установки для скарификации перговых сотов. 61
3.3.2. Определение производительности установки для скарификации перговых сотов. 63
3.3.3. Определение усилия внедрения иглы в гранулу перги. 66
3.3.4. Определение усилия, необходимого для преодоления силы трения иглы о чистящую пластину. 70
3.3.5. Определение суммарного усилия и мощности, необходимого для скарификации сота. 71
3.3.6. Определение мощности необходимой на привод установки для скарификации перговых сотов. 73
3.4. Обоснование конструктивных параметров установки для скарификации перговых сотов. 74
3.4.1. Расчет толщины основной пластины. 74
3.4.2. Расчет поперечного сечения рычага скарификатора. 74
3.4.3. Определение основных параметров винтовой передачи. 76
Выводы 79
4. Исследование процесса скарификации перговых сотов в лабораторных условиях . 80
4.1. Программа и методика исследований. 80
4.1.1. Методика определения влияния времени сушки на скорость конвективной сушки перговых сотов в осциллирующем режиме. 80
4.1.2. Методика определения влияния диаметра иглы и влажности перговых гранул на усилие внедрения иглы в гранулу перги. 84
4.1.3. Методика определения влияния влажности перги, диаметра и глубины внедрения иглы на прочность гранул. 88
4.1.4. Методика определения влияния скорости сближения игл и влажности перги на энергозатраты при скарификации перговых сотов. 90
4.2. Результаты влияния времени сушки на скорость конвективной сушки перговых сотов в осциллирующем режиме. 91
4.3. Результаты определения влияния диаметра иглы и влажности перговых гранул на усилие внедрения иглы в гранулу перги. 94
4.4. Результаты определения влияния влажности перги, диаметра и глубины внедрения иглы на прочность гранул . 95
4.5. Результаты определения влияния скорости сближения игл и влажности перги на энергозатраты при скарификации перговых сотов. 101
Выводы. 103
5. STRONG Исследование процесса скарификации перговых сотов в производственных условиях,
результаты внедрения и экономическая эффективность STRONG . 105
5.1. Программа и методика исследований. 105
5.1.1. Методика испытаний установки для скарификации сотов. 107
5.1.2. Методика определения снижения влажности перги от времени сушки 108
5.1.3. Методика определения температурных и временных пределов охлаждения и нагрева перговых сотов перед измельчением. 108
5.2. Результаты испытаний установки для скарификации сотов. 109
5.3. Результаты определения снижения влажности перги от времени сушки 110
5.4. Результаты определения температурных и временных пределов охлаждения и нагрева перговых сотов перед измельчением. 111
5.5. Экономическая эффективность применения установки для скарификации перговых сотов. 112
Выводы. 122
Общие выводы и рекомендации производства. 123
Литература. 126
Приложения. 139
- Требования к заготовке перговых сотов
- Результаты определения геометрических параметров и массы перговых гранул
- Установка для скарификации перговых сотов и принцип ее работы
- Результаты определения влияния влажности перги, диаметра и глубины внедрения иглы на прочность гранул
Введение к работе
В 2006 году в России были приняты к исполнению 4 национальных проекта, один из которых о развитии АПК. Начало 2006 года для рязанских сельхозпроизводителей оказалось более чем успешным - по производству мяса и молока область заняла второе место по ЦФО. Ежегодно в области увеличивается валовой сбор с/х культур, однако это увеличение связано в большей степени с увеличением посевных площадей. Но валовой сбор можно увеличивать путем повышения урожайности.
Пчеловодство - отрасль сельского хозяйства, значение которой определяется, с одной стороны, рядом ценных продуктов, которые получают непосредственно с пасек, а с другой - огромной ролью медоносных пчел в перекрестном опылении, повышении урожайности и улучшении качества семян и плодов энтомофильных сельскохозяйственных растений. Некоторые авторы пишут о двукратном повышении урожайности [44,63,111,112].
Как и все сельское хозяйство, пчеловодство за последние 15 лет переживает свои не лучшие времена. Были закрыты почти все крупные пасеки, перерабатывающие комбинаты, рухнула система централизованной закупки продукции пчеловодства, и пчеловодство существовало почти в частном секторе. В начале XXI века в некоторых регионах страны принимаются ряд законов, указов и программ по развитию пчеловодства.
В республике Башкортостан принята программа, согласно которой к 2010 году планируется увеличить объемы товарного меда до 6,4 тыс. т, воска - до 120 т, прополиса - до 6,4 т, число пчелосемей - до 320 тыс. штук.
Для роста числа пчелосемей необходимо обеспечить их необходимым количеством кормов. К углеводным кормам относится нектар, а к белковым -пыльца, но период их сбора пчелами ограничен, для чего они запасают большее количество нектара и пыльцы. Нектар и пыльца не могут храниться долгое время, для чего пчелы перерабатывают их в мед и пергу соответственно, запечатывая в пустые ячейки сотов. В таких условиях они хранятся до следующей весны без потери своих питательных свойств.
9 В отличие от пыльцы перга стерильна, лучше переваривается и усваивается. Перга отличается долгим сроком хранения, а ее питательная ценность в несколько раз выше, по многим своим параметрам она является более сбалансированным кормом, чем пыльца [5, 63, 150, 153]. Перга содержит большое количество витаминов, разнообразные минеральные вещества, необходимые для нормального развития и роста пчел. Благодаря своим свойствам пергу используют в медицине, косметологии, парфюмерии и пищевой промышленности [4,19, 89, 113, ].
Извлечением перги из перговых сотов практически не занимались. В основном пергу использовали в смеси с медом и восковым сырьем, что ограничивало ее применение в отраслях народного хозяйства. Существующие способы и устройства для извлечения перги малопроизводительны.
Единственно возможной для использования в промышленных условиях является технология, разработанная сотрудниками ФГОУ ВПО Рязанской ГСХА В.Ф. Некрашевичем и В.И. Бронниковым и НИИ пчеловодства С.А. Стройковым [6, 9, 10, 96, 108]. Данная технология позволяет получать пергу отдельно от восковой основы сота и представляет собой последовательное выполнение следующих операций:
осушивание перговых сотов от остатков меда;
скарификация перговых сотов;
сушка перговых сотов;
отделение воско-перговой массы от рамки;
охлаждение воско-перговой массы;
измельчение воско-перговой массы;
пневмосепарация с разделением на воск и пергу.
Практически все операции данной технологии механизированы, но есть операции требующие создания специализированных машин и механизмов.
К таким операциям относится операция скарификации перговых сотов, которая заключается в разрушении поверхностного слоя всех находящихся в
10 соте гранул перги, пропитанного медом. Это позволяет увеличить скорость сушки и снизить энергозатраты [93, 100, 107]. Однако операция скарификации перговых сотов остается не изученной, ее режимы не исследованы, отсутствует специальное оборудование для промышленного производства.
В связи с вышесказанным целью настоящей диссертационной работы является повышение эффективности линии извлечения перги из сотов путем разработки промышленной технологии, включающей установку для скарификации перговых сотов; выявлением режимов работы установки, обеспечивающих снижение затрат энергии и улучшающих качество производимой перги. Народнохозяйственное значение выполненной работы заключается в увеличении производительности линии по производству перги, улучшении качества производимого продукта, снижении энергозатрат и затрат труда производство единицы продукции.
Основными научными результатами, полученными при выполнении настоящей работы и выносимыми на защиту, являются:
- физико-механические свойства перги;
- технология извлечения перги из сотов;
-конструктивно-технологическая схема установки для скарификации перговых сотов;
4 - теоретические параметры рабочего процесса установки для
скарификации перговых сотов;
- режимы скарификации на разработанной установке в лабораторных и производственных условиях;
- оценка экономической эффективности предлагаемой установки для скарификации перговых сотов.
Автор выражает благодарность и глубокую признательность научному руководителю, доктору технических наук, профессору В.Ф. Некрашевичу и всем сотрудникам кафедры «Механизация животноводства» за помощь, оказанную при выполнении данной диссертационной работы.
АНАЛИЗ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ СКАРИФИКАЦИИ И ИЗВЛЕЧЕНИЯ
ПЕРГИ ИЗ СОТОВ.
1.1. Эффективность использования перги в народном хозяйстве.
Значение пчеловодства в народном хозяйстве определяется, с одной стороны, рядом ценных продуктов, которые получают непосредственно с пасек, а с другой - огромной ролью медоносных пчел в перекрестном опылении, повышении урожайности и улучшении качества семян и плодов энтомофильных сельскохозяйственных растений. Для нормальной жизнедеятельности пчелиной семье требуется значительное количество корма. Мед обеспечивает пчел углеводами, а перга и пыльца - белками.
Перга является основным источником белкового питания пчел. Она содержит много витаминов, разнообразные минеральные вещества, необходимые для нормального роста и развития пчел [1, 15, 63, 64, 65, 119]. Источником перги является цветочная пыльца. При сборе пыльцы пчелы доставляют к ней небольшое количество нектара или меда, формируют ее в виде небольших сплюснутых шариков в корзиночках задних ножек, где она удерживается довольно прочно волосками. Эти комочки пыльцы в корзиночках называются обножкой. Вес левой и правой обножек практически одинаков, что важно для сохранения равновесия пчелы в полете. Доставленную в улей обножку пчела сбрасывает в ячейку, в которой уже выводились рабочие пчелы. Внутренняя форма таких ячеек приближается к цилиндру, так как оставшиеся после вывода пчел коконы сглаживают углы. Сложенную в ячейки обножку молодые пчелы плотно утрамбовывают с помощью головки, которой они действуют как пестиком. Уплотненные в общую массу обножка занимает ячейку не полностью, сверху пчелы заливают их медом. Пыльца, пропитанная сверху медом, образует в верхней части слой, непроницаемый для воздуха. Под действием бактерий в массе пыльцы, содержащей сахара, происходит кисломолочное брожение, в
12 результате которого образуется молочная кислота, консервирующая содержимое ячейки [1, 75, 135].
В результате ряда биохимических реакций в пыльце происходят следующие изменения:
- под влиянием секрета сложных желез зернышки пыльцы теряют
способность к прорастанию;
сахароза постепенно превращается в моносахара;
возрастает содержание витамина К.
Перга отличается от пыльцы наличием следующих качеств:
перга усваивается пчелами гораздо полнее пыльцы;
обладает большей питательной ценностью;
способна сохраняться без качественных изменений до 17 лет [47, 84, 119];
имеет лучшую противомикробную активность.
Особое значение перги подчеркивает J. Masanek [151] и объясняет это следующими положениями:
- пыльца является для пчел основным, а в ряде случаев и единственным
источником белка в пище;
- пыльца играет основную роль в регулировании полового
воспроизводства и размножения;
пыльца необходима для питания и оптимального развития расплода пчел;
пыльца оказывает влияние на продолжительность жизни пчел;
пыльца стимулирует и усиливает деятельность слюнных желез.
По мнению многих авторов [44, 63, 64, 75, 77, 118, 137], обножка необходима для развития восковых желез, образования ферментов, участвующих в переработке нектара в мед, для повышения устойчивости пчел к заболеваниям, а также и для поддержания идущих в зиму насекомых, которые, питаясь пыльцой, накапливают значительные запасы жира, гликогена и белка в своем организме.
В последние годы в связи с бурным развитием промышленности и
энергетики, а особенно с внедрением новых сельскохозяйственных
технологий, во многих странах мира возникла проблема временной
недостаточности пыльцы, вызывающей белковое голодание пчел.
Исследования, проведенные на Украинской опытной станции пчеловодства [17], показали, что пчелиные семьи, которые, получив медо-перговую подкормку, со своими отводками вырастили с 26 апреля по 28 августа в среднем по 202400 личинок и выдали по 3,3 кг воска, тогда как контрольные семьи, не получавшие подкормки, вырастили за тот же период только 116890 личинок и выделили по 0,75 кг воска. Семьи, получившие медо-перговую смесь, заложили больше маточников и поддерживали вблизи них более стабильную температуру.
Доказано, что при обеспечении пчел пергой к весне резко повышается выход меда и воска в период медосбора. Пчелиные семьи, зимующие с обильным запасом перги, выращивают весной больше расплода и более высокопродуктивны, чем семьи, зимовавшие без нее или получившие перговые соты только в день выставки из зимовника. Если в гнезде нет перги, клуб пчел раньше разрыхляется, кроме того, в нем снижается содержание углекислого газа [20, 41, 42, 43]. При дефиците перги снижается обеспеченность личинок кормом. В результате в этих семьях нарождаются не жизнестойкие, мелкие пчелы с недоразвитыми гипофорингеальными, восковыделительными железами и жировым телом. Недостаток белкового корма в рационе семьи может быть одной из причин появления инвазионных и инфекционных болезней [17,36, 58, 59, 80,134].
Наличие оптимальных запасов белкового корма в гнездах пчелиных семей в период интенсивного выращивания расплода представляет собой одно из главнейших условий их высокой продуктивности. Сила пчелиной семьи весной и эффективность использования раннего медосбора увеличиваются почти пропорционально запасам перги [20, 71, 127, 129-131, 133].
14 Обладая уникальным составом, перга представляет интерес в качестве источника белков, витаминов, микроэлементов. Благодаря их высокому содержанию перга находит применение в пищевой промышленности, косметике, медицине и витаминной промышленности [48, 49, 83, 141]. В рационе человека этот продукт может быть ценной пищевой добавкой, так как богат питательными и биологически активными веществами [38-40, 92].
Просуммировав множество примеров [26, 28, 67, 76, 81-83, 106, 114, 115, 117, 140, 142, 155] успешного применения перги для лечения и профилактики различных болезней, можно с уверенностью сказать, что она способствует излечению следующих заболеваний:
желудочно-кишечного тракта;
почек;
печени;
сердечно-сосудистых расстройств;
гипертрофии простаты;
анемии;
атеросклероза;
нервных и психических расстройств;
нарушение деятельности эндокринной системы.
Особенно ценна перга при анемии (малокровии), неполной потере зрения, для укрепления молодого организма [38, 83]. Она оказывает общее стимулирующее действие на выздоравливающих и престарелых, систематическое употребление её предохраняет организм от преждевременного изнашивания.
В России выпускается комплекс лекарственных и косметических препаратов, приготовленных на основе пыльцы или перги «Радуга» (мед с пыльцой в соотношении 1:1 или 2:1), «Полянка» (мед с небольшим количеством пыльцы и лимонной кислоты), «Тонус» (пыльца с молочным сахаром), «Поленапин» - препарат в виде таблеток массой 0,25 г пыльцы, «Энергии» - паста, содержащая пыльцу и мед и т.д. Во многих зарубежных
15 странах, таких как Румыния, Германия, Аргентина, Норвегия, Япония, Швеция, также выпускается целый ряд подобных препаратов [25, 70].
Наша страна обладает богатейшими ресурсами растений-пыльценосов. Заготовка же пыльцы во многих регионах Российской Федерации либо не проводится вообще, либо проводится в незначительных количествах. Хотя только от одной сильной пчелиной семьи без ущерба для ее развития и получения меда можно отбирать до 5 кг пыльцы [30, 101].Еще хуже обстоит дело с пергой. Перга в общественном секторе пчеловодства практически не извлекается, несмотря на то, что большое ее количество пропадает при перетопке старых выбракованных сотов. Работа, выполненная в институте пчеловодства, показала, что от каждой семьи пчел можно отобрать по 200 -300 грамм перги только из сотов, идущих на выбраковку [39, 68].
Причиной этого положения является в первую очередь отсутствие промышленных технологий получения и переработки этих продуктов. Существующие технологии являются «кустарными» и поэтому находят применение только в условиях мелких и частных хозяйств.
В практике пчеловодства известны три способа заготовки цветочной пыльцы [16, 23,24, 51, 70, 72-74, 79, 80,128, 132]:
сбор пыльцы с растений без участия пчел;
заготовка обножки с помощью пыльцеуловителей;
заготовка перги.
Проанализировав каждый способ на пригодность использования его в промышленных условиях, можно сделать следующее заключение. Сбор пыльцы с растений без участия пчел имеет следующие недостатки, которые не позволяют использовать его:
высокая трудоемкость процесса сбора пыльцы делает невозможным использование его в промышленных условиях;
в некоторых случаях пыльценосным растениям наносится очевидный вред;
получаемая пыльца является монофлорной.
По утверждению многих исследователей [51, 70, 146] только смесь пыльцы с различных растений содержит необходимый комплекс аминокислот, пригодных для питания пчел.
Таким образом, этот способ не имеет хозяйственного значения и может использоваться только в специальных целях.
Заготовка обножки с помощью пыльцеуловителей является сложным процессом и заключает в себе следующие недостатки:
- сдерживается развитие пчелиных семей, заметно повышается
ройливость;
возможна гибель молодых маток, которые не могут возвратиться в улей после брачного облета;
существенно снижается медовая продуктивность пчелосемей;
заметно сокращается продолжительность жизни насекомых, так как в процессе прохода через отверстия пыльцеуловителя активно изнашиваются некоторые органы пчел.
К тому же необходимость строгого ежедневного отбора обножки из навесных пыльцеуловителей и специального оборудования для сушки обножек приводит к дополнительным затратам [51,145].
Проанализировав вышеизложенные факты, можно утверждать, что наиболее целесообразно извлекать и заготавливать пергу, так как она обладает более ценными свойствами, длительным сроком хранения, а сам процесс ее заготовки не наносит вреда пчелиным семьям и не снижает медовую продуктивность. Также переработка перговых сотов ведется в осеннее-зимний период, когда внимание не так сильно приковано к пчелам.
1.2. Требования к заготовке перговых сотов.
До недавнего времени на пасеках нашей страны массовым производством перги практически серьезно не занимались из-за отсутствия
17 научнообоснованной технологии. Однако опыт показал, что отбор от одной пчелиной семьи 3-4 перговых сотов за сезон совершенно безболезнен и не снижает медовой продуктивности [101, 143]. Традиционно эту операцию проводили вначале главного медосбора, когда запасы перги максимальны, или осенью при формировании гнезда на зиму.
Заготовку перги можно осуществлять двумя способами:
непосредственно в перговых сотах;
отдельно от восковой основы сота.
Заготовка перги непосредственно в сотах нежелательна, так как необходимо строгое соблюдение температуры и влажности воздуха. Существует также высокая вероятность повреждения сотов восковой молью. Решить такие проблемы можно путем консервирования сотов.
Есть способ, когда соты режутся на полоски и засыпаются сахарной пудрой или заливаются медом. Срок хранения перги увеличивается, но использовать ее в виде подкормки пчелам невозможно.
Наиболее практично заготавливать пергу отдельно от восковой основы сота. Некоторые авторы [61, 102,116, 124] рекомендуют заготавливать пергу путем перетирания сотов или прокручивания их через мясорубку, после чего заливать медом. Однако при таких способах происходит загрязнение перги экскрементами личинок. Заготовленная таким способом перга мало пригодна в виде подкормки пчелам, так как частицы воска скапливаются в щелях и плохо доступных местах, способствуя появлению восковой моли. Также перга полученная таким способом совершенно не удовлетворяет действующим требованиям [136].
Есть способ, когда из высушенных сотов вытряхивают перговые гранулы, но их влажность должна составлять менее 10%, что крайне тяжело добиться в производственных условиях. Поэтому данный способ не пригоден для использования в промышленных масштабах.
Разработаны различные устройства [7, 8, 12 ,102], позволяющие извлекать перговые гранулы непосредственно из ячеек, но они также молопроизводительны.
Наиболее перспективной и пригодной для использования в промышленных условиях является механизированная технология извлечения перги из пчелиных сотов, предложенная сотрудниками ФГОУ ВПО Рязанская ГСХА В.Ф. Некрашевичем и В.И. Бронниковым и НИИ пчеловодства С.А. Стройковым [6, 9, 10, 96, 99, 108]. Эта технология (рис. 1.1.) состоит из последовательного выполнения ряда операций: осушивание перговых сотов от остатков меда, скарификация перговых сотов, сушка перговых сотов, отделение воско-перговой массы от рамки, охлаждение воско-перговой массы, измельчение воско-перговой массы, пневмосепарация с разделением на воск и пергу.
Представленная технология позволяет значительно увеличить количество производимой перги, существенно снизить затраты труда на ее производство и обеспечить высококачественную очистку данного продукта. Применение данной технологии позволит использовать пергу в различных областях народного хозяйства. Получаемая таким способом перга полностью соответствует требованиям ТУ 10 РСФСР 505-92 [136].
Перговые соты при данном способе заготовки перги должны соответствовать нижеприведенным требованиям.
Транспортирование перговых сотов производят всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозки грузов, действующими на соответствующем виде транспорта в условиях, не допускающих их загрязнения посторонними примесями и запахами. Соты должны быть предохранены от действия прямых солнечных лучей и атмосферных осадков.
Приемку перговых сотов производят партиями. Партией считают любое количество перговых сотов, предназначенных к единовременной приемке и оформленное одним документом с указанием:
- местонахождения пасеки;
количества и общей массы перговых сотов;
перечня заразных заболеваний на пасеке.
Перговым сотом можно считать сот, масса которого составляет более 550 гр. Известно, что пергу пчелы заготавливают в старых сотах, которые мало пригодны для выведения расплода. Масса сота после вывода 6-7 поколений составляет около 300 гр., а после вывода 15 поколений - до 450 гр [1, 64].Как видно масса перги в этом случае составит около 100 гр. Если масса сота меньше, то следует вырезать часть сота, содержащую пергу, а оставшуюся часть отправить в выбраковку.
Перговые соты должны быть хорошо осушены, то есть мед полностью должен отсутствовать на соте. Здесь стоит отметить тот момент, что одна ячейка с медом способна в процессе переработки сотов испортить до десятка перговых гранул и возникнет необходимость ручной переборки перги для удаления остатков меда. Для этого необходимо поместить перговый сот улей за диафрагму. Тогда пчелы заберут остатки меда. Крайне важно, чтобы пчелы осушали именно те соты, которые до этого находились в их улье, иначе возможен перенос заболеваний и инфекций из одной семьи в другую. Наличие восковой моли не допустимо. Эти вредители снижают качество конечной продукции. К тому же восковая моль поедает воск, который является сопутствующим продуктом при переработке перговых сотов. Многие авторы рекомендуют проводить обработку сотов сернистым газом, для чего на 1м3 шкафа с рамками сжигают 50 гр горючей серы [102]. Но данный метод не подходит, так как перга очень сильно впитывает запахи. Для этого необходимо все соты подвергнуть временному воздействию повышенной температуры. Рамки размещают на сушильной установке, в которой температура сушильного агента составляет 55С, и в течение получаса подсушивают, после установку выключают на 1 час. Эту операцию необходимо повторить трижды.
I,
> * -соты; »- - воздуху *- - масса сотов^—* -рамки; =- - продукты измельчения? ~~ - перга| *- -воск;
1 - сот; 2 - сушильная установка; 3 - масса сотов; 4 - рамка; 5 - холодильная установка; 6 - измельчитель; 7 - бункер-дозатор; 8 - аспирационный канал; 9 - емкость; 10 - циклон; 11 - вентилятор; 12 - пьшесборник; 13 - скарификатор.
Рисунок 1.1— Схема технологического процесса извлечения перги из сотов.
21 Необходимо разделить все перговые соты на 3 группы:
масса сота менее 750 гр;
масса сота колеблется от 750 до 1000 гр;
масса сота более 1000 гр.
Требования к заготовке перговых сотов
До недавнего времени на пасеках нашей страны массовым производством перги практически серьезно не занимались из-за отсутствия научнообоснованной технологии. Однако опыт показал, что отбор от одной пчелиной семьи 3-4 перговых сотов за сезон совершенно безболезнен и не снижает медовой продуктивности [101, 143]. Традиционно эту операцию проводили вначале главного медосбора, когда запасы перги максимальны, или осенью при формировании гнезда на зиму. Заготовку перги можно осуществлять двумя способами: - непосредственно в перговых сотах; - отдельно от восковой основы сота. Заготовка перги непосредственно в сотах нежелательна, так как необходимо строгое соблюдение температуры и влажности воздуха. Существует также высокая вероятность повреждения сотов восковой молью. Решить такие проблемы можно путем консервирования сотов. Есть способ, когда соты режутся на полоски и засыпаются сахарной пудрой или заливаются медом. Срок хранения перги увеличивается, но использовать ее в виде подкормки пчелам невозможно. Наиболее практично заготавливать пергу отдельно от восковой основы сота. Некоторые авторы [61, 102,116, 124] рекомендуют заготавливать пергу путем перетирания сотов или прокручивания их через мясорубку, после чего заливать медом. Однако при таких способах происходит загрязнение перги экскрементами личинок. Заготовленная таким способом перга мало пригодна в виде подкормки пчелам, так как частицы воска скапливаются в щелях и плохо доступных местах, способствуя появлению восковой моли. Также перга полученная таким способом совершенно не удовлетворяет действующим требованиям [136].
Есть способ, когда из высушенных сотов вытряхивают перговые гранулы, но их влажность должна составлять менее 10%, что крайне тяжело добиться в производственных условиях. Поэтому данный способ не пригоден для использования в промышленных масштабах. Разработаны различные устройства [7, 8, 12 ,102], позволяющие извлекать перговые гранулы непосредственно из ячеек, но они также молопроизводительны. Наиболее перспективной и пригодной для использования в промышленных условиях является механизированная технология извлечения перги из пчелиных сотов, предложенная сотрудниками ФГОУ ВПО Рязанская ГСХА В.Ф. Некрашевичем и В.И. Бронниковым и НИИ пчеловодства С.А. Стройковым [6, 9, 10, 96, 99, 108]. Эта технология (рис. 1.1.) состоит из последовательного выполнения ряда операций: осушивание перговых сотов от остатков меда, скарификация перговых сотов, сушка перговых сотов, отделение воско-перговой массы от рамки, охлаждение воско-перговой массы, измельчение воско-перговой массы, пневмосепарация с разделением на воск и пергу.
Представленная технология позволяет значительно увеличить количество производимой перги, существенно снизить затраты труда на ее производство и обеспечить высококачественную очистку данного продукта. Применение данной технологии позволит использовать пергу в различных областях народного хозяйства. Получаемая таким способом перга полностью соответствует требованиям ТУ 10 РСФСР 505-92 [136]. Перговые соты при данном способе заготовки перги должны соответствовать нижеприведенным требованиям. Транспортирование перговых сотов производят всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозки грузов, действующими на соответствующем виде транспорта в условиях, не допускающих их загрязнения посторонними примесями и запахами. Соты должны быть предохранены от действия прямых солнечных лучей и атмосферных осадков. Приемку перговых сотов производят партиями. Партией считают любое количество перговых сотов, предназначенных к единовременной приемке и оформленное одним документом с указанием: - местонахождения пасеки; - количества и общей массы перговых сотов; - перечня заразных заболеваний на пасеке. Перговым сотом можно считать сот, масса которого составляет более 550 гр. Известно, что пергу пчелы заготавливают в старых сотах, которые мало пригодны для выведения расплода. Масса сота после вывода 6-7 поколений составляет около 300 гр., а после вывода 15 поколений - до 450 гр [1, 64].Как видно масса перги в этом случае составит около 100 гр. Если масса сота меньше, то следует вырезать часть сота, содержащую пергу, а оставшуюся часть отправить в выбраковку.
Результаты определения геометрических параметров и массы перговых гранул
Для определения размера и массы перговых гранул были произведены замеры длины и диаметра, толщины слоя пропитанного медом, а также взвешивание гранул перги. Результаты, полученные в ходе проведения измерений, представлены в таблице 2.2. Статистические данные измерений приведены в приложении Б. Результаты проведенных измерений представлены в таблице 2.2, также по результатам были построены гистограммы длины и диаметра гранул перги, и толщины слоя пропитанного медом представленные на рисунках 2.6, 2.7, 2.8. а также получена зависимость массы гранулы от ее диаметра и длины (рис. 2.9). Таблица 2.2 - Геометрические параметры и масса перговых гранул. Показатели Минимальное значение Максимальное значение Среднестатистическое значение 1 2 3 4 Длина, мм. 5,2 11,7 8,35 Диаметр, мм. 4,8 5,5 5,09 Толщина слоя, мм 0,3 2,3 1,28 Масса, г. 0,13 0,26 0,195 Рисунок 2.6 - Гистограмма длины перговых гранул. Анализируя данные таблицы 2.2 и построенные гистограммы и зависимость (рис. 2.6 - 2.8), следует отметить, что длина, диаметр и масса подавляющего большинства гранул близка к среднестатистическому значению. Наименьший разброс значений наблюдается у диаметра гранул - 0,7 мм и лежит в пределах от 4,8 мм до 5,5 мм; среднее значение - 5,09 мм. 75,5 % всех исследованных гранул имеют диаметр от 5,0 мм до 5,2 мм. Это свидетельствует о том, что он соответствует диаметру ячеек сотов, который в свою очередь практически не изменяется. Длина гранул колеблется от 5,2 мм до 11,7 мм, среднее значение 8,35 мм и зависит от длины ячеек сотов и заполнения их пергой. Чаще всего перга занимает от 1/2 до 3/4 высоты ячейки. 75,5 % всех исследованных гранул имеют длину от 7,0 мм до 10,0 мм. Рисунок 2.7 - Гистограмма толщины слоя перговых гранул, пропитанного медом.
Толщина пропитанного медом слоя перговых гранул колеблется от 0,3 мм до 2,3 мм, среднее значение 1,28 мм. У 90,5 % перговых гранул толщина слоя составляет менее 2,0 мм, поэтому скарифицировать соты следует на данную глубину. п, ШТ. 40 0 61 I 43 9 20 14 1 D4.8 D5,3 d, мм. 14,9 D5 D5,1 15,4 D 5,5 Рисунок 2.8 - Гистограмма диаметра перговых гранул. m= -0,2883+0,0208 х+0,063Гу ? 0,3 ? 0,26 I 10,22 0,18 ? 0,14 ? 0,1 Рисунок 2.9 - Зависимость массы гранулы перги от ее диаметра и дли Масса гранул колеблется от 0,13 гр до 0,26 гр. как видно из рисунка 2.9, наибольшее влияние на массу гранулы оказывает ее длина. Диаметр и длина гранул влияют на массу гранул линейно. Полученной зависимостью следует пользоваться при определении массы перги соте (формула 2.6). 2.4. Результаты исследования физико-механических свойств перговых фанул. Для проведения исследований использовалась перга, не содержащая примесей соответствующая ТУ 10 РСФСР 505-92 [136], полученная в результате измельчения перговых сотов. Результаты исследования по опреде 48 лению исходных физико-механических свойств перговых гранул сведены в таблицу 2.3. Статистические данные, полученные в ходе определения физико-механических свойств, приведены в приложении В.
По результатам исследований была построена графическая зависимость объемной массы и плотности гранул перги от их влажности. Таблица 2.3 - Физико-механические свойства гранул перги. Название продукта Относительная влажность, % Объемная масса,кг/м3 2Плотность, кг/м 1 2 3 4 Перга 9,7-24,4 692,2-609,5 1306,2-1225,8 700 Y, кг/мЗ 680 660 640 620 6 у = 0,2732 -14,96х + 810,89 ч. R2 = 0,9925 "-s 18 8 23 W,% Рисунок 2.10 - Графическая зависимость объемной массы перговых гранул от их относительной влажности. Анализируя полученные графические зависимости представленные на рисунках 2.10 и 2.11 можно отменить следующее. При уменьшении относительной влажности гранул перги от 24,4 % до 9,7 % происходит увеличение объемной массы от 609,2 до 691,5 кг/м3 и плотности с 1225,8 до 1306,2 кг/м3. Представленные на рисунках кривые изменения объемной массы и плотности перговых гранул от влажности имеют вогнутый вид, что в свою очередь говорит об интенсификации усадки, то есть уменьшении размеров и объема, гранул перги при снижении их влажности. Необходимо обратить внимание, что характер полученных кривых одинаков. Это вызвано тем, что понятия объемной массы и плотности очень близки и в сущности своей выражают отношение массы материала к объему. у = 0.29 18) -15,589/ + 1426.7 R2 = 0,9897 ч Р» 1320 кг/м3 ЛЛ 1300 1280 1260 1240 1220 1200 8 13 18 23W,% Рисунок 2.11 - Графическая зависимость плотности перговых гранул от их относительной влажности. Влияние влажности перговых гранул на их прочность и липкость определялось при комнатной температуре 20 - 22 С. В результате проведенных исследований было выявлено влияние влажности, как одного из технологических факторов, изменяющихся в процессе получения перги, на адгезионные свойства перговых гранул. Необходимо определить изменение липкости перги и ее численное значение в зависимости от влажности, так как может быть налипание перги на иглы в процессе скарификации. Также параллельно необходимо определить зависимость прочности перги от влажности. В результате проведенных исследований по полученным данным были построены графические зависимости показателя липкости и прочности от влажности перги, представленные на рисунках 2.12 и 2.13. Данные, полученные в ходе исследования влияния влажности перговых гранул на их липкость и прочность, приведены в приложении Д.
Установка для скарификации перговых сотов и принцип ее работы
Перга представляет собой гранулы, заключенные в восковую оболочку ячеек сотов. Открытой остается только верхняя поверхность гранул. Однако эта открытая поверхность, через которую происходит влагоотдача в ходе сушки, пропитана медом и образует слой, малопроницаемый для испаренной влаги [100]. Так как скорость сушки перги (уменьшение влажности в единицу времени) во многом лимитируется проницаемостью этого слоя, то в целях повышения скорости испарения влаги и интенсификации процесса сушки необходимо перед установкой сота в сушильную камеру нарушить целостность пропитанного медом слоя методом скарификации. Суть метода заключается в том, что поверхностный, пропитанный медом, слой перги, прорезается или прокалывается в каждой ячейке сота на глубину своего формирования. При этом повышается проницаемость слоя, за счет образования новых поверхностей испарения влаги, что интенсифицирует процесс сушки перговых сотов [107]. Такая предварительная операция по 58 зволяет снизить энергозатраты и сократить время работы сушильной установки. Как уже было отмечено ранее, в подразделе 1.3, скарификацию следует проводить путем внедрения игл в перговые гранулы, так как этот способ в большей степени удовлетворяет требованиям промышленной технологии извлечения перги из сотов. Однако для выполнения данной операции не было создано специальной установки, позволяющей использовать ее для промышленного производства перги. Существующие установки [7, 8, 12, 102] не отвечают требованиям промышленной технологии, так как они либо не адаптированы для скарификации такого продукта как перга, либо имеют низкую производительность. Для решения этих задач нами была сконструирована и изготовлена установка для скарификации перговых сотов, позволяющая использовать ее в вышеуказанной технологии [6, 9, 10, 96, 108]. Схема установки изображена на рисунке 3.2а, 3.26, 3.2в. Новизна предложенной конструкции скарификатора подтверждена патентом на изобретение № 2280981 [109], представленном в приложении
Установка включает металлическую раму 1, на которой закреплен привод 2, а также две подшипниковые опоры 4. В подшипниковых опорах 4 установлен винтовой вал скарификатора 9, приводимый во вращение от привода 2 через муфту 3. На валу есть участки с левой и правой нарезкой резьбы, где установлены рычаги скарификатора 5, которые крепятся в своей верхней части к наружным поверхностям вертикально установленных основных пластин б.На внутренней поверхности пластины закреплены иглы 14. Иглы проходят через отверстия дополнительной перфорированной пластины 8, которая предназначена для очистки игл. Противоположные ряды игл левой и правой пластины смещены друг относительно друга в горизонтальной плоскости. На раме 1 установлены стойки 12, в верхней части которых имеются направляющие 7. По направляющим 7 перемещаются направители 13, вкоторых жестко закреплены пластины с иглами, при этом они снабжены дополнительными перфорированными пластинами. На раме 1 установлены два концевых выключателя 10,11, на которые воздействует рычаг скарификатора в своих крайних положениях. Установка работает следующим образом. Подготовленный заранее пер-говый сот вручную устанавливают между дополнительными перфорированными пластинами 8, где он удерживается на направляющих 7, после чего включают привод 2. Привод через муфту 3 и вал скарификатора 9 сообщает поступательное перемещение рычагам скарификатора 5 с основными пластинами 6. Пластины с иглами, двигаясь по направляющим, сближаются. Через отверстия дополнительных перфорированных пластин проходят иглы и внедряются в перговые гранулы. Дойдя до своего крайнего положения, рычаг скари 61 фикатора воздействует на концевой выключатель 11, который подает сигнал, и электродвигатель переключается на реверсивный режим работы. В реверсивном режиме работы привод через муфту и вал сообщает поступательное движение рычагам с пластинами в противоположном направлении, и они расходятся. Частицы воска и перги, прилипшие к иглам в момент скарификации, счищаются при прохождении игл через отверстия дополнительных перфорированных пластин. Возвращаясь в исходное положение, рычаг скарификатора воздействует на концевой выключатель 10, и электродвигатель останавливается. Обработанный таким образом перговый сот извлекают. Глубина внедрения игл в перговые гранулы регулируется перемещением концевого выключателя 11. Предлагаемая установка для скарификации перговых сотов обеспечивает разрушение поверхностного слоя всех перговых гранул, находящихся в соте, не допуская при этом их излишней деформации. Установка обеспечивает самоочистку игл от перговых и восковых частиц.
Результаты определения влияния влажности перги, диаметра и глубины внедрения иглы на прочность гранул
При внедрении иглы в гранулу перги происходит ее некоторое уплотнение, вместе с этим в ней образуется углубление. Следует предположить, что это повлияет на прочность гранул. Уровни варьирования факторов приведены в таблице 4.2. План проведения экспериментальных исследований и числовые значения полученных результатов представлены в приложении К. В результате статистической обработки экспериментальных данных была получена математическая модель зависимости прочности гранул перги от ее влажности, глубины внедрения и диаметра иглы: a=1401,77-158,38-Wn+4,35538-Wn2-785251-/r+4,64153-Wn7r+ +0,937894-//-187,032-4+12,4819 - +1,82275- - -4,15593-2 (4.13) Статистический анализ уравнения, который включает проверку воспроизводимости эксперимента, определение значимости коэффициентов модели и оценку адекватности полученной модели по критерию Фишера, показал, что данные уравнения достаточно точно описывают исследуемые зависимости. При стабилизации одного из факторов были построены зависимости, представленные на рисунках 4.8 - 4.10. Анализ рисунков 4.8 - 4.13 показывает, что при влажности более 15 % прочность гранул перги растет с увеличением глубины внедрения и диаметра иглы. Это можно обосновать некоторым уплотнением гранул. А при влажности менее 15 % прочность гранул падает с увеличением глубины внедрения и диаметра иглы, и эти зависимости линейные. Прочность гранул увеличивается с уменьшением влажности, начиная от 16-14 %, и эти зависимости нелинейные. Из графической зависимости (рис 4.8) видно, что при влажности 16 % прочность гранул составляет около 10 кПа при глубине внедрения 2,1 мм и около 20 кПа при глубине внедрения 6,3 мм. При влажности 8 % прочность гранул составляет около 280 кПа при глубине внедрения 2,1 мм и около 150 кПа при глубине внедрения 6,3 мм. ,кПа Рисунок 4.8 - Графическая зависимость прочности гранулы перги от ее влажности и глубины внедрения иглы при диаметре иглы 0,6 мм. Рисунок 4.9 - I рафическая зависимость прочности гранулы перги от ее влажности и глубины внедрения иглы при диаметре иглы 1,1 мм. Из графической зависимости (рис 4.9) видно, что при влажности 16 % прочность гранул составляет около 10 кПа при глубине внедрения 2,1 мм и около 25 кПа при глубине внедрения 6,3 мм. При влажности 8 % прочность гранул составляет около 200 кПа при глубине внедрения 2,1 мм и около 100 кПа при глубине внедрения 6,3 мм. Из графической зависимости (рис 4.10) видно, что при влажности 16 % прочность гранул составляет около 10 кПа при глубине внедрения 2,1 мм и около 25 кПа при глубине внедрения 6,3 мм. При влажности 8 % прочность гранул составляет около 160 кПа при глубине внедрения 2,1 мм и около 50 кПа при глубине внедрения 6,3 мм. Рисунок 4.10 - Графическая зависимость прочности гранулы перги от ее влажности и глубины внедрения иглы при диаметре иглы 1,6 мм. Рисунок 4.11 - Графическая зависимость прочности гранулы перги от ее влажности и диаметра иглы при глубине ее внедрения 2,1 мм.
Из графической зависимости (рис 4.11) видно, что при влажности 16 % прочность гранул составляет около 10 кПа при диаметре иглы 0,6 мм и около 15 кПа при диаметре иглы 1,6 мм. При влажности 8 % прочность гранул составляет около 280 кПа при диаметре иглы 0,6 мм и около 200 кПа при диаметре иглы 1,6 мм. Из графической зависимости (рис 4.12} видно, что при влажности 16 % прочность гранул составляет около 20 кПа при диаметре иглы 0,6 мм и около 25 кПа при диаметре иглы 1,6 мм. При влажности 8 % прочность гранул составляет около 200 кПа при диаметре иглы 0,6 мм и около 130 кПа при диаметре иглы 1,6 мм. Рисунок 4.12 - Графическая зависимость прочности гранулы перги от ее влажности и диаметра иглы при глубине ее внедрения 4,2 мм. Рисунок 4.13 - Графическая зависимость прочности гранулы перги от ее влажности и диаметра иглы при глубине ее внедрения 6,3 мм. Из графической зависимости (рис 4.13} видно, что при влажности 16 % прочность гранул составляет около 20 кПа при диаметре иглы 0,6 мм и около 25 кПа при диаметре иглы 1,6 мм. При влажности 8 % прочность гранул составляет около 1300 кПа при диаметре иглы 0,6 мм и около 50 кПа при диаметре иглы 1,6 мм. Из графических зависимостей (рис. 4.14 - 4.16) видно, что глубина внедрения оказывает большее влияние, чем диаметр иглы. С увеличением влажности гранул характер зависимости прочности от глубины внедрения меняется с линейной на нелинейную. Зависимость прочности гранул от диаметра иглы линейная при различной влажности. Рисунок 4.14 - Графическая зависимость прочности гранулы перги от диаметра и глубины внедрения иглы при влажности гранулы перги 8%. Из графической зависимости (рис 4.14) видно, что при глубине внедрения 2,1 мм прочность гранул составляет около 270 кПа для иглы с диаметром 1,6 мм и около 280 кПа для иглы с диаметром 0,6 мм. При глубине внедрения 6,3 мм прочность гранул составляет около 160 кПа для иглы с диаметром 1,6 мм и около 170 кПа для иглы с диаметром 0,6 мм.
