автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Научно-техническое обоснование технологии и средств механизации производства кормовых брикетов низкой плотности в оболочке

ил

ЖМНГРДЦСЮШ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи ИГНА'СЬЕВСКИЙ Николай Филиппович

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОПИ И средств МЕХАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА КОКОВЫХ БЙКЕТОВ

низкой шютасга в оболочке

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ: 05.20.01 - МЕХАНИЗАЦИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕКий СТЕПЕНИ ДОКТОРА ТЕХНИЧЕСКИХ НШ

^еникгряд - Пушкин ¡ост

Работа выполнена в Вологодском молочном институте.

Официальные оппоненты:

СЕЧКИН B.C. ~ доктор технических наук, црофессор; ТЕРШШВСКИЙ К.Ф. - доктор технических наук, профессор; МАЛЬКОВ Е.Г. - доктор сельскохозяйственных наук, профессор.

Ведущая организация - Научно-исследовательский и проектно-технологический институт механизации и электрификации сельского хозяйства Нечерноземной зоны РСФСР (НИИПГИМЭСХ НЧЗ РСФСР).

Защита состоится nJ$'\ И 1Э91 г. в 12 час.ЗОмян. на заседании специализированного совета Д.120.37.04 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук в Ленинградском ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственном институте по адресу:

189620, Ленинград-Цушшн, Академический пр., д.23, ауд. 719.

С диссертацией мохно ознакомиться в библиотеке Денинградскоз ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственного институтг

Автореферат разослан " 1991 г.

Ученый секретарь /

специализированного совета, |

доктор технических наук, профессор уА

1АГИН Б.И.

Актуальность теш. В течение многих лет в нашей стране не. шается напряженность в агропромышленном комплексе, вызванная шм рядом объективных и субъективных причин. Вакне-йпей задачей, эящей перед АПК, является увеличение производства мяса и молов сравнении с современным уровнем на 14...16 %. Для решения эй чрезвычайно валено!' задачи необходимо наращивание поголовья зотных и увеличение их продуктивности с соответствующим раз-гаем корковой базы.

Около 60 % питательности кордового рациона крупного рога-го скота составляет корма, приготовленные из трав. Однако эргетический потенциал кортов используется недостаточно, а 1ион животных не всегда сбалансирован по белку и другим ком-яентам.

В значительной степени проблемы эффективного использова-и кормов могут быть решены при использовании таких техноло-тесклх приемов, как гранулирование и брикетирование. Научнк-исследованиямл п производственнш опытом доказана целесооб-зность таких способов переработки кормов. Вместе с тем опыт элэвоцства и использования прессованных кормов указывает на тай ряд неиспользуемых резервов в этом большом и вакном дета, к, до настоящего времени задача уплотнения кормов с хгельп вышения их сохранности и технологичности при транспортировке раздаче решалась односторонне, а физиологические- запросы вотнь'х пс-существу не принимались во внимание. Исследования опесса уплотнения кормов растительного происхождения были правлены на сшг.-.енке энергозатрат и на совершенствование отологических приемов, улучшающих процесс. В связи с этим а оценке качества прессованных кормов основное' внимание уде-лось такому показателю, как крошимость, являющемуся косвен-« показателем прочности. Оценивалась такяе степень уплотне-я, которая играет существенную роль при транспортировке к анонип.

Современное технологическое оборудование для брихетирова-я кормов является довольно слоття, дорогостоягигм п энерго-гшм. Оно не обеспечивает возможности производства кормовнх икетов с заданными физикс—механиче ск: или характеристиками, о слугатг причиной неполного использования энергетического, сурса кормов и удоротает производство ¡киЕОТноводчесхоЗ: одукцди.

3 связи с этим исключительно большущ актуальность приобре тают вопросы теоретического обоснования, исследования, разрабс кг и освоения в производстве новых, более эффективных технолог технологических приемов и средств механизации производства мне .компонентных кормовых бршсетоЕ с заданными дзтзико-механическик свойствами, обеспечивающими максимальное использование эноргет чзсеого потенциала кормов и повышение продуктивности животных.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы являе разработка энергосбереганзей технологии и средств мэхазизяттпи, обеспечиванщих производство кормовых брикетов для крупного рог того скота, физико-механические свойства которых соответствуют физиологическим запросам кивотныг и обеспечивают максимальную их продуктивность.

Задачами работы является:

1. Теоретическое обобщение результатов исследований проце< са брикетирования кормов.

2. Зоотехническое обоснованно требований к <|изихо-мехашрк сейм параметрам брикетов.

3. Анализ закономерностей изменения физико-мехаиичвекпх, реологических и геплофизических характеристик кергавкх материалов, подвергаемых брикетированию.

4. Разработка технологии и средств механизации пролзводси кормовых брикетов низкой плотности в оболочке. Определение опта шльных технологических режимов работы соответствующего оборудс ваяия.

5. Опенка влияния нового вида корма на продуктивность .тагэс

ных.

Научная новизна. Выявлена зависимость метлу продуктивность к аатратамк энергии еивотных при потреблении кормов. Определена объективные требования, предъявляемые тавотными к степени ушгот нения бржэтироЕанных кормов. Установлено, что фкзV.ологичеекпы запросам кивотнвх соответствуют брикетированные корма, уплотнен ные до 450...550 кг/м3. Необходимая прочность брикета в этом случае монет быть обеспечена специальным поверхностным покрытие; (оболочкой).

Теоретически обоснована возможность регулирования степени уплотнения кормовых материалов в процессе прессования. Выявлены возможности, сокращения энергозатрат на процесс.

-Х-

Вшюлнан анализ закономерностей изменения основных характе-тшс кормовых материалов, влиявших на реализации процесса про-юдства брикетов в оболочке.

Разработана и исследована энергосберегающая технология полу-шя брикетов со олонной структурой: поверхностно упроченной точной и мягкой сердцевиной. Оригинальность решения подтвердится авторски?.! свидетельством № 986342 : "Способ получения яловых брикетов",

Практическая ценность. Результаты исследований позволили |дать энергосберегающую технологии производства кормовых брике! низкой плотности в оболочке из гтцевых материалов. Разработал технология существенно сочетает энергозатраты при кэго-игенпи брикетов и обеспечивает значительное повышение лрсдук-шости животных, в рацион которых включены брикеты низкой >тности в оболочке (ЕШ).

Разработана и апробирована технологическая линия для прокг-îctes БШ1, предусматриваются варианты компоновки оборудования, цельные ее элементы защищены 6 авторскими свидетельствами.

Экономическая эффективность от использования нового вида г.га в рационах крупного рогатого скота составила 39 руб на гу голову при откорме молодняка и 103 руб при использовании I в рационах высокоудойных .тактирующих коров. С учзтом средней »онной выработки одного агрегата для производства БНП прирост 1были от реализация дополнительной продукции составляет около тыс. рублей в год на один агрегат. План выпуска на 1989... 33 г.,г. составляет 650 агрегатов.

рвализапия результатов исследования. Технологическая линия ï производства БНП проста ведомственные испытания в условиях згокмзазода ".Молочное ^ Вологодской области, а ее фрагмента лонстрировались на ВДЙХ СССР в 1982 и 1987 г.,г.

Технология и оборудование рассмотрены на Научно-тегшггэсетх зетах Вологодского областного управления сельского хозяйства z ¡говного экспериментально-конструкторского института по магянал :: переработки травы и соломы (ГЭКИ, г.Вильнззс), а таете па гчно-тэхническом совзте УСХ СССР з 1985 г. и рекомендована s точению в Систему тлазкн. ■ а

Решением Мат.ведсмстзэннсй ксмиссзп .'i 1А-с8 комшгзк? о*орудо-г;-л для тфсг.зпс;:^г?а НШ валотгся в Систему мааив (nos. G.".16; J286...I5S5 p. . ¡ч

Апробация -работа. Отдельные положения диссертации и работа ? целом долокены, обсуждены и одобрены в 1976...1990 г.,г. на научных конференциях Вологодского молочного. Ленинградского, Рязанского, Кировского и Брянского сельскохозяйственна институтов, а также на региональной конференции (г.Йошкар Ола), научно-технических конференциях (г.,г. Киев, Вильнюс, Свердловск на заседании координационного совета по проблеме "Корма" (г.Москва), семинарах-совещаниях (г.,г. Вологда, Москва, Подольск, ВДНХ), на заседании НТС МСХ СССР (г.Москва).

Публикация. Материалы диссертации опубликованы в сборниках научных трудов Вологодского молочного, Ленинградского и Брянскоп СХИ, а также в различных тематических сборниках ГЭКИ (г.,г. Вильнюс, Йошкар Ола) и журналах "ашотноводство" и "Кор;допроизводств<

Всего по теме диссертации опубликовано 34 работы и 3 находят ся в печати. Общий объем публикаций около 16,5 печатного листа. На новые разработки получено 7 авторских свидетельств.

Структура и объем. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов и предложений, списка использованной литературы и приложения. В диссертации 379 страниц, в том числе текста - 299 страниц, рисунков - 80, таблиц - 28, список литературы - 23 и приложение - 50 страниц. В списке литературы 243 наименования, из них 2 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИЙ Во "ВВЕДЕНИИ" к диссертации представлено народнохозяйственное значение проблемы производства кормовых брикетов, обладающих такими физико-механическими свойствами, которые в наибольшей степени соответствуют физиологическим запросам кивотных-потребителе£ Создание таких брикетов способствует снижению расхода кормов, заа рат энергии, труда и средств, обеспечивая одновременно значительное увеличение выхода животноводческой продукции. Отмечено, что внесено автором диссертационной работы в решение проблемы и что выносится на защиту.

Диссертационная работа выполнена авторам самостоятельно. Б решении отдельных вопросов совместно с автором участвовали т.,т Острецов В.Н., Ларин З.А., Береговой А.И. Доля участия какдого из них отракена з соответствующих разделах диссертации, сделаны соот зетствувщие ссылки. Автору настоящей диссертации как руководители

-М-

t исполнителю работы принадлежат идеи, теоретические и методичо-;кие основы их ре&яизагоги, изложенные в диссертации, анализ лабораторных и производственных экспериментов и научное обоснование

(ЫВОДОВ.

В главе "АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И СРЕДСТВ ЖХАНИЗЛЦИИ [Р0ИЗВ0ДСТВА КОРМОВЫХ ГРАНУЛ И БРИКЕТОВ" излохены результаты вылол-:енного автором анализа литературных источников по исследуемой роблемо. В анализ включены сведения по эффективности исиольэова-ия брикетированных кормов в хивотноводстве, дана оценка современных технологий и конструктивно-технологических схем изготов-ения брикетов, а такте сведения о влиянии технологических фак-оров на процесс формирования брикетов. Представлены материалы о методам оценки качества брикетов.

Результаты анализа свидетельствуют о том, что советские и арубежные исследователи уделяли серьезное внимание изучения азличных сторон процесса прессования кормов. Широко известны аботы В.П.Горячкина, В.И.Особова, С.В.Мельникова, В.Ф.Кекраше-нча,С.А.Алферова, И.Л.Долгова, В.С.Сечкина, В.Г.Уллькова, A.A. олотева, С.Е.Маркаряна, А.Ю.Вашкявичуса, Г.В.Соболева, В.В.Шве-ова, Ю.В.Поцкользина, З.М.Кучинскаса, Г.К.Васильева, A.B.Голдовского, И.И.Пиуновского п других авторов. В исследование провеса гранулирования травяной муки существенный вклад внесли .Я.Фарбман, М.В.Порила, Д.И.Николаев, Н.В.Хилков, О.Ф.Баранов, .П.Гуров. Зачетную роль в анализе различных сторон процесса грают работы В.Н.Каяукова, Л.Г.Калшриной, В.И.Нестокова, В.А. пэованного, С.М.Немтинова, "Л.В.Орешсиной, Н.И.Санцрикова, C.B. глыиева, П.В.Яговкина, Ю.Л.Фрегера. Батькой интерес вызывают ззультаты исследований, выполненных И.П.Безручкинш, А.И.Нелю-эвым, Н.И.Полуниной, В.Т.Егоровым, Я.В.Остапчуком, А.И.Чмыраи целым рядогл других авторов. Многие работы по гранулированию брикетированию кормов выполнены зарубежными учеными.

Анализ этих работ показал, что наряду с глубокой- разработ-)iî теоретически основ процесса прессования сено-содомнстпг тт зугях кормовых материалов, широкими исследоваппягли в области шершенствованття как технологических средств, так и технолсгз-ickux приемов уплотнения кормов, до настоящего времени почта s удечялось внимания изучений возможностей производства таких »ргловкх брикетов, которые бы в наибольптеЛ степени сочетала.s \6q как технологические преимущества, так я физиологические ^бования, щхугегпяляемь'е гтвотнкмя-потребителкмн.

Основной акцент всех исследований делался на изучение rr/rs'i ' ¡гагпкя энергозатрат на процесс уплотнения и на определение

оптимальных технологически;: рекимов процесса.

Из анализа исследований, выполненных в области гранулирова ния и брикетирования кормов вытекает, что наряду с дальнейшим совершенствованием технологического оборудования для прессованк кормов с целью сникения энергозатрат и стабилизации рабочего пр цзсса в настоящее время необходимо сосредоточить усилия на разработке способов брикетирования, позволяющих осуществить производство таких кормовых брикетов, физико-механические свойства которых соответствуют физиологии кормления сельскохозяйственных хивоткых. В связи с этим нувдаются в серьезной корректировке оценочные показатели качества брикетированных кормов и соответствующие ГОСТы.

В главе "ОБОСНОВАНИЕ ЗООТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ К КОРШВЬЫ БРИКЕТАМ ДЛЯ КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА" проведен анализ исследовз ний в области физиологии кормления животных рассыпными и проссс ванными кормами, которые выполнены ведущими ученкми-зоотехннкал' страны Л.Г.Боярским, А.А.Гайко, А.П.Дштроченко, М.А.Смурыгкнш М.Ф.Томме, Л.К.Эрнстом и другими авторами.

В-слезной биотехнической системе "корма-нивотноэ-продукшя корма рассматриваются как объект энергонасыщения, причем зоотег нической части системы отводится главенствующая роль, так как именно она предопределяет технологические режимы содеркания и обслукивания животных, а, значит, и требования к качеству корме внх материалов.

функционирование рассматриваемой биотехнологической снстеь заключается в выполнении ряда операций над сырьем с целью калбс лее элективного превращения его в готовую продукцию. При пото* ной организации производства продукт, полученный н результате работы предыдущей машины, является исходным материалом цля ïïocj: дующей. При реализации биотехнологических процессов "двикение предмета труда (корм) в целях превращения его в продукт прекращается в момент скармливания, так как сам производственный процесс при этом меняет свою энергетическую природу, превращаясь к механического в биологический" (С.В.Мельников)..

Основной структурной единицей материально-технической база на нивотноводческих фермах и комплексах является поточная техне логическая линия как организационная форма эффективного использования объектов и субъектов производств, какими являются в данной работе кормовые брикеты, крупный рогатый скот и животноводческая продукция (молоко, мясо).

Рассматривая корма в качество объекта эноргонаскщения, оплетаем, что при входе в систем/ "корма-животное-процуктшя (К-Ж-П)" гооисходит накопление вторичной энергии, которая придает сырью тавые свойства. Чем больше эти свойства соответствуют требованием потребителя (в данном случае - животных), тем выше эффективность всей системы. Этим предопределяется правильный выбор технологических приемов и режимов переработки исходных материалов, превращаемых в корма, пригодные к использованию животными.

Рассматривая брикеты как носитель энергии, отмечаем, что энергонасыщенность конечного продукта, выраженная в единицах сдельной энергии (ЬЩк/кг), зависит от физико-механических свойств, структуры, влажности, а также от способов передачи энергии эт источников к объекту.

Модель энергетического потока при производство брикетировании кормов свидетельствует, что наиболее энергоемким является ■фоцесс уплотнения кормового материала. Анализ процесса прессова-шя стебельных кормов в сочетании с информацией о требованиях, тродъявляемых животными к прочностным параметрам брикетов, убеждают в необходимости снижения степени уплотнения кормов. Следствием этого является существенное снижение энергозатрат как в троцессе производства' брикетов, так и при потреблении их животными. Так, при реализации процеОса брикетирования традиционным тособом на оборудования (Ж-2,0 удельные энергозатраты достигает 384,9 кВт.ч/т при плотности брикетов 900...1000 кг/м3. Скажете плотности брикетов до 550...600 кг/м3, осуществленное нами 1а оборудовании 0БК-1.0, снизило удельные энергозатраты до 300

- г •

"Следующим звеном системы К-Ж-П является процесс цревращени чорма а животноводческую продукцию. Перерабатывая корм, животно! расходует на этот процесс свою энергию, превращая одновременно один вод энергии в другой. Уместно предположить, что снижение энергетических затрат на црием и переработку корма животными будет способствовать повышенно энергетического ресурса, который может быть направлен на образование продукции.

Нами получены экспериментальные данные, характеризующие величину усилий, создаваемых жевательной мускулатурой животных щи поедании различных кормов. Техника эксперимента заключалась в том, что в зубы животных были вмонтироьны "тензопломбы" площадью 33 мм , с помощью которых регистрировались давления, создаваемые при разрушении кормов (рис.2). Максимальные усилия зафиксированы при поедании гранул - 125,4...145,2 Н в силоса - 75,9... 95,7 Н. Средняя величина усилий отмечена при.поедании сена - 42,9...89,1 Н и брикетов с плотностью 600...800 кг/м3 -50,2...52,5 Н. Поедание

Рис. 2. Измерительная схема для опреде- концентратов и брикетов лэния усилия кевания: 1-"нулейой"элек- с платностью 400...600 трод ЗКГ-П: 2-боковой электрод ЗКГ-Н: / з вместо установки тензошияйк ^ характеризуется

минимальными усилиями: 31,3 и 13г9 Н соответственно. Представленные данные позволяют сделать заключение о взаимосвязи между физико-механическими свойствами кормов и энергетикой процесса их потребления.

Продуктивность животных также взаимосвязана с физико-механическими параметрами кормовых брикетов. Это нашло свое подтверждение не только в специальных опытах, направленных на опенку пищевого поведения животных, >-0 также и в массовых производственных опытах при скармливании различных кормов. Краткая информация о результатах этих исследований приводится ниже.

Пнщэвсе поведение sheothhz оценивалось по общепринятой мето» се. Различные группа животных в составе рационов получали прове-5шэ кор:,п: брикеты с плотностью, превышающей 600 хг/м3 (БВП), жаты с плотностью .ч:скэ 600 кг/м3 (ЕНП) и тразякув резку, испо зуемуи при .гаготовлензш брикетов и слузившул< при исследоваки-контрольккхл кормом.

Выявлено, что как при потреблении корма, та:'» и во время гткого паркода БНП эаниг.'авт промежуточное пололэнпе ?/еяду БВП резкой. Это выракаэтея в таких показателях, как поедаемость, здолеттелыюсть поедания, число и частота зевательных движе-1 на одам пищевой кем, скорооть поедания, а такге продалзитель-:ть п число жвачных периодов, количество отрыгиваемых комков и гТия. Все эти показатели являются косвенной характеристикой -зргэтических затрат на процесс кормления. Плотность корма в ¡тавэ БНП больше соответствует плотности естественного пище-го кома и это приводит к существенному сокращении затрат энэр-i на жизнедеятельность организма.

Использование брикетированных кормов в рацаонаа крупного гатого скота показало, что пряроат яивой ыассы бычков, поедаЕ-с БКП, в среднем на 6...14 % вызе. чем у бычков, в рзцион ко-зых включены БВП. Среднесуточный удой коров, получавпих ЕНП, глпчился на 6,72 и 9,07 % в сравнении с удоем коров, получав: БНП и резку. Содэряачие жира в молоко увеличивается еоотзе"--зенко на 4,35 и 5,58 %, белка - на 4,36 л 5,99 %, а расход змов сокращается на4,40 и 7,45 %.

В главе "ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА БРИ-iOB НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ Б ОБОЛОЧКЕ" приводится описание техноло-I получения брикетов в оболочке, сущность которой заключается угедующэм. Брикетируемая масса уплотняется до такой степени, 'орая обеспечивает удовлетворение физиологических требований ¡отдых (J5< 600 иг/м3). Для обеспечения необходимых прочно- . шх показателей ка поверхность сформированного брикета пано-'ся слой из раствора или расплава дисперсных пшаевых матерла-

которые затвердевая под тепловым воздействием, образуют гаэчку. Эта оболочка удерживает брикет от саморазрушения под действием сил релаксации, а таксе обеспечивает сохранность ".'3 брикета при складировании и транспортировке, однако легко рушается при поедании брикетов шгаотными. Материал оболочки яэ разрушения поддается кивотными совместно с основный содержа: брикета.

Таким образом полная картина образования брикета низкой плотности с прочной поверхностной оболочкой монет быть представлена двумя самостоятельными этапами. Первый этап - уплотнение брикетируемых материалов с использованием теории реологии. Он достаточно полно изучен исследователями, занимавшимися вопросами брикетирования, однако все работы посвящены процессу прессования до плотностей, превышающих 600 кг/м3. Описанию ге процесса образования поверхностного слоя из какого-либо упрочняющего вещества не посвящено вообще ни одной работы за исключением результатов исследований, выполненных под руководством автора В.Н.Острзцовым, З.А.Лариным и А.И.Береговым.

Исследования процесса уплотнения, выполненные в разное время большой группой ученых,' характеризуются разносторонними подходами к изучению этого сложного процесса. Они сводятся в основном к анализу взаимосвязи между давлением прессования и характером возникающих деформаций и, как следствие,- оценке энергетических параметров.

Основным показателем, характеризующим процесс уплотнения, является конечная плотность получаемых брикетов. Наиболее полно закономерности процесса прессования сено-соломистых материалов отражены в уравнении сжатия, представленного З.И.Особовым. С некоторыми допущениями автор в качестве исходного положения принимает предпосылку о том, что производная давления по плотности является функцией приложенного давления:

Многочисленные исследования позволяют утверждать. что функция jl(P) является линейной:

Зависимость давления от плотности,mozgt бить получена после интегрирования правой и левой части уравнения в пределах от О

Величина Уа является приращением начальной плотности материала

при давлении, равном с (в -/) .

Этот закон мо^эт быть внраквЕ также зависимостью мэдду приложенным давлением и деформацией:

(I)

(2)

(3)

Р-- c^QA^-zj.

(4)

-Ю-

уравнения (4) следует, что при большей начальной плотности гериаяар необходимо приложить и, соответственно, большее аление для деформации того же значения.

Противодавление в камере проталкивания создается силой тра-я монолита о стешга канала:

г тр Jc.mf гуа ■fem

Э /с*, - статический коэффициент трения;

J - коэффициент бокового распора;

Og - боковое давление, МПа;

Рып - нормальное давление на упоре, МПа;

Пк - периметр камеры проталкивания, м; - дика камеры проталкивания, м. Принимая в качестве исходных те se предпосылки, что и у эбова В.И., сделаем поправку на специфику процесса. Прессования низких плотностей, сущность которых заключается в следующем: >тность материала возрастает в процессе схатия до начала фор-зуггцой камеры, затем происходит снтасэние плотности под воз-!ствием сил релаксации. В связи с этим необходимо признать несообразным некоторое увеличение диаметра камеры прессова-t. Поверхностное покрытие брикета на прессуемый материал це-¡ообразно наносить в месте перехода его в камеру формирования, : как в данном сеченпи брикет достиг необходимой степени уп-•нения и его граница четко определены. Кроме того, последую> частичное расширение брикета мохет быть снижено в связи с ¡туплением материала оболочки. Нельзя не-учитывать такие и ■о, что в зтом случае легче решаются вопросы конструирования. I изложенное дает основание предположить с большой долей дос-¡ерности, что релаксация напряжений в спрессованном мозолите ;ет протекать значительно быстрее, если диаметр формирующей гарн будет увеличен в сравнен®! с диаметром камеры прассова-: ка величину ¿Uf.

Представит в этом случав процесс прессования так, как он дставлен на рис. 3. Площади фигур индикаторной диаграммы акают следугщпо .слергетические составляющие процесса: QAA^Qf --полная энергия одного тала; ' ОА(Б* - энергия, необходимая на сзатие порции корма; ЬАн'С1 - энергия па проталкивание рассматриваемой порции; 0,4' Ai — энергия упругого расширения брикета (для наглядности представлена такг.о в виде фигурыЯЖО<у, d'Pi'üj — энергия на проталкивание предыдущей порцш (аналогична фигуре^Д. - /у-

Схема процеооа и индикаторная диаграмма ппессования в открытой камере с переменным сечением фивая описывает характер изменения давления, возникающего под воздействием упругого расширения сжатого материала, а кривая Л/-" - изменение давления, возникающего под воздействием сил трения (сопротивление.проталкиванию монолита).

Степень расширения монолита будет зависеть от разности диаметров камер, а также от влажности, температуры, продолжительности воздействия внешней нагрузки и ее величины. Значит, на участка брикет должен прессоваться до плотности, несколько превышающей заданную. На участке перемещение монолита осуществля ется ухе в оболочке и это существенно влияет на величину сопротивления проталкиванию. ,

Рассмотрим зависимость осевого давления от геометрических размеров для камеры с переменным сечением. Составим дифференциальное уравнение элементарного участка прессуемого материала толщиной сЬс для конической части матричного канала.

Обозначим и 4^началъные и конечные площадь и периметр камеры. Введем также обозначения: и - длина конической и цзлинцричоскоЛ частей каморы; Ы. - угол наклона стенки камеры к ее оси.

Условие равновесия с учетом сил трения при установившемся процессе для элементарного участка абг запишется:

-/1-

Р-Ьх'-^-сСР*.)^^ПэссЬ^Змы.-дх/Ъ&Сям-скг-С?. (6)

щставляя вместо его значение . после упроще-

1й имеем:

5« * Со*<.)сех*а. (7)

(означив З^пас Со^ « А" и разделив переменные, получим: — г Л* К с£сс

и (8) и камеры круглого сечения . " ¡Зр^хт^ьс '

где ^ - начальный диаметр камеры. >гда . , —- ^т

' (9)

ш посла интегрирования: .

- (10) ютояннуи. интегрирования В определяй из начальных условий: га Л--(? А= в Реопр . При этом

^^(^Яопр^)- <П>

. (12)

«ставив значение 5 в уравнение (10) поело преобразований лучим:

-Ц^Х^^Ъ*)*--^ , (13)

;е /Сг . . * 7м ^

1авнение (13)дает возможность определить осевые напряжения в ■бом сечении конусной части камеры. Прид:»-^. давление & вно внешнему сопротивлению Ре* на выходе из конусной части меры, создаваемому монолитом в ее цилиндрической части, противление конусной части камеры на выходе получим, подстав в уравнение (13)значение :

Д у • (14)

¡пая это уравнение относительно Рсвпр , получим значение мах-малъного сопротивления конусной части камеры:

ГГ-^ - -да,

Считая мойолит, находящийся в цилиндрической части формиру-2й камеры подвижным упором, дачаем заключение о том, что мак-бальное сопротивление цилиндрической части камеры представля-собой противодавление при прессовании, которое в закрытой

лере воспринимается упором, а в данном случае - монолитом,

-13-

находящимся на участке . Тогда модно утверждать, что давл< ние в конце камеры црессования определится по формуле

Р.-СР- ^ . да

Поскольку очевидно равенство Р^ • Р*<>л/> , то, приравнивая правые части уравнений (15) и (16), получим:

Отсюда давление Р определится:

да

Р^ может быть определено по выражению (5), исходя из очевидного условия, что ре„

* тр :

Р^-^ЬП^щ. (19

Тогда окончательно величина давления на порпше определится:

Р^ПА^К^-^-^У'^^, да

где ~ коэффициенты трения материала на участках^

- коэффициенты бокового распора на участках-^

- боковое давление на участке л* , Ша;

- остаточное боковое давление на участках и

ГЛПа;

- .диаметры камер на участках и , м; уи. - коэффициент Пуансона.

Таким образом выражение (20)определяет взаимосвязь между конструктивными и технологическими параметрами процесса прессования. Использование экспериментального материала при провэ-дении инженерных расчетов обеспечит возможность применения представленного теоретического анализа.

• Анализируя диаграмму прессования, отмечаем, что увеличен; диаметра камеры существенно сократит время протекания релахсаз онных процессов. Полагая, что они в основном могут быть завер: ны в конусной части матричного канала, отмечаем, что в правой части диаграммы отсутствует фигураЗ^Х^О^ выражающая работу упругого расЕиреиия брикета в связи с тем, что энергия релаксг ива поглощается материалом оболочки. Вместе с тем на диагралак кыэет место участок А„., Ал Гп , выражааодй работу по преодол( нет сопротивления проталкиванию, которая возникает как след-

>твк9 воздействия остаточного бокового давления и сил трения ;болочки брикета по поверхности матричного капала. Как показал >пыт, -коэффициенты трения мучной пульпы л экструдата зерновых, юпользуемых нами дет производства оболочки брикетов, имеют меньшие значения з сравнении с коэффициентом трения, травяной ¡езки при одинаковых технологических условиях.

Отмечаем такзе, что в анализа процесса существенное значе-216 имеет соотношение таких параметров, как остаточное» боковое :авление Ос* к коэффициент бохсовсго распора % . Это соотнопе-ие практически зсегда боль ее едпкиш, значит, Р.0 -< Р& кыет словами, давление ка поране при использовании пялипдряче-■;ого матричного- канала мохст быть суцэстзэнно спилено путем ввличения диаметра камврц посла зазераения процесса уплотне-дя. Сравнивая выражения (20) и (3),(4). гачетил, что дазлз:пе россования при использовании расширяющейся матрицы, подчиняясь бззвд закономерностям, существенно ниге величины давления, ка-~одао:лого в матричном канале достоянного сечення. Энврготиче-кн-э гатраты па- ггооцесс прессования в этом случае такгэ снета-гс;г.

При производстве брикетов с поверхностно упроченным слоем зобходдло вцпсянензэ условия, при котором внутренние пэлрлт.8-зя» воз:ип:£2х:э з прессуемом материале, не долзны преныиать задела прочности оболочки, то есть:

/С7с:;0,7 * (21)

1НН0Э условие выполняется при получении оболочки с заданный эочисстными сзойстаяда, которыз в значительной стзпени завл-1Т от со толдагы. Рассматривая оболочхсу как толстостенный шгшхр, выполнял нзобходж.ий акглзг.

Поскольку опь шлзздра является полярно снмшзтрячной, [Грузки такха симметричны, а нормальные напряжения л иетатся главныж нацряхеншггг, касательные зе напряжения в гощадках, ко которым они действует, равны цуга.

Тротьим напряженно« является напряжение, действующее | плсыадке, совпадающей с поперечным сечением цилиндра, то ть сачзнием плоскости, перпендикулярной к-его оси симметрии, о.чобрагать этим напряжением нельзя в езягн с тем, что осе-е напряжения в спргссойанном материале имеют несто,

Лдосппе сечения принимаем плоскими я после воздействия груэкз, следовательно, относительная деформация £0 в капргв-пш осп езмметши одинакова во всех точках поперечного сече-

-лг-

ния, поэтому обобщенный закон Гука при £«, •Con.it -Л принимает вид: б-«, _ Л/<5. . в хяА

а при :

£о * ~ £ + Ъ) 'А, • (23)

откуда Лг

6-1 + 6-1 '--jt' (24)

Из выражения (24)' видно, что сумма напряжений ^î и ^г одинакова .гяя всех точек цилиндра. На основе этого допущения используем формулу Ламе: .

^--^rr^frZlf- -<)]. (25)

** (26) где 2Мг îj - соответственно, наружный и внутренний радиусы, м; Рк pg - наружное и внутреннее давление на стенку цилиндра, Па.

При действии только внутреннего давления, что имеет место з нашем случае, няпряжэняя во всех точках цилиндра отрицательны (сжатие), а б^ - положительны (растяжение). Поскольку^ всегда болше , то оболочка будет работать на разрыв.

При наличии осевых внутренних напряжений их значения

определяются по выражению: п. •>' о

g. '»¿.ft* . (27)

поскольку при выходе брикета из матрицы внешние давления отсутствуют, выражение (27) примет вид: pg

• г' - 2/ • (28) Отсюда можно определить нашщщ^ радиус брикета

^ а V y/W+1 > (2Э>

значение которого целесообразно подставить в уравнение (26):

(30)

/*7 - - UÎSt^tl&É. , (31)

откуда [рТТ&Г

2 * s/fSr?-е. • (32)

Подставив выражение (32) в уравнение (26), получки:

2$(Ps +&.)_

f[G?](Ps+e>) *Pg(f6-rJ -s.

(33)

f&JÎPe+VJ + PglPè (34

-1С-

Зычно величина известна, так как лимитируется зоотехниче-кгаля требованиями. Полученные расчетные выражения позволяет гсределить необходимую толщину оболочки и связать ее величину конструктивными параметрами матрицы, то есть определить азницу радиусов прессовальной и формирующей камер с учетом • ого,что 3.& ® "¿н. - •

3 качестве поверхностной оболочки брикета нами использо-алась мучная пульпа, представлящая собой водный раствор родуктов размола зерновых (роль, овес, ячмень, пшеняпа), аеющий откостителькуэ влажность \?/ = 65...95 %. ¡Лучная пульпа, удучи нанесенной на поверхность брикета, подвергалась в даль-айесч тепловому воздействию и запекалась подобно хлебу, обра-уя корочку, которая удэретвала мягкую сердцевину брикэта от азрушения.

Отмечая возможность сравнения процесса запекания мучной ульпы с процессом выпечки хлеба, используем методику анализа ротекаххцих физико-химических и теплофизичоских процессов, учи-ывая в необходимых случаях специфику.

В связи с тем, что теплофизическпе характеристики дисперн ных материалов являются функцией температуры, а оболочка брике-а в соответствии с рассматриваемой технологией подвергается таловому воздействии, характер изменения толщины корочки во вре-ени в общем вице молот быть описан следующим выражением:

0 ./%"^г -Т.) (35)

Дв /и - толщина оболочки, и;

<£ - коэффициент, характеризующий относительное изменение

потока влаги путем фазового превращения; да - масса сухой зоны, кг; й -удельная теплота испарения, гДз/кг; А , где <2- VI 6 - эмпирические коэффициенты, определяемые опытным путем; Л - коэффициент теплопроводности, Вт/м.грд.; Т„ - начальная температура материала, грд; Ч; - продолжительность теплового воздействия, с; .

- температура испарения злати, грд. Для описания этой зависимости з цифровом выразении необхо-дмо использовать экспериментальный материал, который приводится з последующих разделах.

Разновидностью способа образования брикета со слогной струи турой (мяпс&ч сердцевина и упроченная поверхностная оболочка) яг ляется способ с использованием в качестве поверхностной оболсчки продуктов размола зерновых, которые после экструдирования, превращаясь в расплав, наносятся на поверхность брикета и в дальнейшем затвердевают под воздействием еатественного охлаждения.

• В качестве пластификатора используется мочевина.

Процесс экструзии зерна и карбамида довольно подробно освещен- в литературе и в настоящее■время не требует специальных исследований применительно к изучаемой нами проблеме.

В качестве технического средства для производства карбавдд-ного концентрата применяются экструзиопные установки со шнековым рабочим органом (30-1, КМЗ-2,0). Использование таких установок при производство брикетов в оболочка па зкструдата, показало, что они о успехом могут применяться для доотвкэикя цэди, однако конструктивное сочленение пресса-брнкстпровщика и прэсоа-экотрудера кокет быть осуществлено только при взаимно перпендикулярном рас-полокекни осей рабочих органов. Это приводит к образованию оты-козочного ива на поверхности оболочки, что сниглет ее прочность.

Анализ существующих в различных облаатяг производства эк-отрузконных установок привел нас к зыво,пу о возможности применения в качестве технического средства дат получения оболочке брикета диоковых эхструдеров, ранее в сельскохозяйственно;»; производстве не применявшихся.

Прикшгп действия диоковкх экструдеров основан на использовании аффекта нормальных напряжений, сущность которого заключается в тш, что 1грн течении упругих кпдкоотей в условиях простого сдвига возникают на только касательные напряжения в плоскости сдвига, но таккз а нормальные напряжения а парпешшку-лярннх направлениях. Возникновение этого эффекта основано на проявлении упругих свойств при деформации зязко-упругого тела. Ранее считалось, что эффект нормальных напркканнй, илп, как его называют, эф!й:ст Вейссенберга, присущ только растворам гы-сокопадпплероз.

Прадполагеяе что офрект долкэн быть присущ всем дисперсным (твердообразным) системам, каюзш является продукты размола зерновых, рассмотрим возникновение зффокга нормалыиа кащлиЕоааЙ в упругом тела (рис. 4).

Рис. 4. Представление деформаций и напряжений в упругом элементарном телэ:а- до сдвига; о - после сдвига; а -круг напряжений Моора для рассматриваемого элемента

Пусть упругий элемент/¡й«з имел до деформации форму куба со стороной, длина которой равна единица. Выделим внутри этого элемента сферу, которая будучи пересечена плоскостью чертежа, изобразится на нем в вида круга. Диагонали Ас к&я располагайся под углами в 45° к граням рассматриваемого куба. Пусть элементЛвв* получил некоторую деформацию сдвига. Из рисунка видно, что диагонали Л с и Е>я отклонились от первоначального направления. После . деформации главное удлиняете, а, следовательно, и главное нормальное напряжениеР будут направлены вдоль диагонали Для доказательства этого положения поступаем следующим образом.

Определим-относительное удлинцениеотрезка А £ , пересекающего сторону£2? на некотором расстоянии от основания АЛ . В связи с тем, что любая прямая, проведенная в теле после деформации, была прямой и до деформации, записываем, исходя из простых геометрических соображений:

(36) най-

(37)

то

(38)

Т А £ V

Чтобы судить о том, как изменяется величина <£у с высотой дем производную: сК<£^

Так как с/ может меняться з пределах от 0 до I а />0,

еЦ£я£>0-,

Следовательно, удлинненив тем больше, чем больше у . Таким образом, ось главных удлиннений, проходящая через точку А* , может пересекать_ грань£^®утолько в точке . Аналогично можно исследовать вопрос о том, что при неслишком больших у ось главных удлиннзний может пересекать грань2$ С< только в точке С, , ДиагональА1 ¿^отклоняется на угол ей от первоначального направления. Видим, что<=£ = тс ость% . Величину

касательных напряжений, действующих на грани ^^иВ,^ можно

определить из уравнения:

% - ^ " <?Л С39)

где Сг - модуль эластичности. ,,

Для определения нормальных напряжений Ос т& можно восполз эоваться кругом Моора.

Р, • А?**«»*« - ф-в* (40,

А • «Г' (41)

Таким образе»!, для осуществления конечной деформации сдвига при условии сохранения постоянной высоты образца в направлении оси и должно действовать сжимающее, а в направлении оси X -растягивающее напряжение^ Если эти напряжения отсутствуют, растяжение будет происходить по оси У , а сжатие - по оси X . Уравнения (40) и (41) применимы для любой упругой деформации.

С учетом того, что для. дисперсных систем и других сложных тел, обнаруживающих упругое последействие, уравнения принимают вид:

<42>

Рщ*1(43) где 2 ~ вязкость;

- необратимая деформация сдвига;

Ь - время последействия (релаксации). Таким образом, нормальное давление, порождаемое эффектом Вейссенберга, прямо пропорционально квадрату скорости сдвига, времени релаксации и вязкости тела.

Выполненный анализ подтверждает возможность использования дискового экструдера в. качестве технического средства для переработки зерновой смеси и эвакуации полученного экструдата за пределы зоны переработки через центральный осевой канал. Это решение существенно упрощает конструкцию оборудования, благодаря соосному расположению основных рабочих органов.

В главе "ЭШШРШЕНТАЯЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ" представлена программа, алгоритм-прогноз исследований, основные методики и описание оригинальных экспериментальных установок. Основное содержание главы посвящено результатам экспериментальной оценки физико-механических, реояогиче-

-ЛС-

;ких и теплофизических параметров кормовых материатов, использу-мнх при производстве кормовых брикетов в оболочке из мучной ульпы и зкструдата зерновых.

Экспериментальные данные получены в условиях, которые соот-;отствуют технологическим режимам производства брикетов низкой лотности и позволяют зыявить основные закономерности взаимодей-твия Факторов, а также оптимизировать их взаимосвязь.

Определена зависимость коэффициента трения кормовой смеси, спользуемой при брикетировании, от влажности, температуры л авления. Результаты анализа описываются уравнением, полученным помощью ЭВТ.1:

/£,= ~ 220 7 * зооГг- 50/^+6,7^10. (44)

обследованном интервате технологических факторов значения оэфгс'жциентов трения варьируют от С,01 до 0,65.

Выявлен характер изменения остаточного бокового давления тех же технологических интервалах. Отмечено, что остаточные оковые давления после снятия осевой нагрузки находятся в пре-елах 0,19...0,40 МПа.

Получена закономерность изменения коэффициента упругого асширения брикета К , который представляет собой отношение бъема брикета после полного упругого расширения У к его объе-у под давлением Уа . Получено соответствующее уравнение ре-рессии:

К - (еЭГЗК' - 12388/7- П67Г «-124480): * I, (45)

де - продоляительность воздействия технологических параметров, с;

7* - температура. К0;

Р - давление, МПа;

V/ - относительная влажность, %. '&нш£льное расширение брикета получено при следующей совокуп-ости технологических параметров:

- температура матрицы 473°К;

- влажность материала 15 %;

- давление прессования 15 Ша;

- время выдержки под давлением - не более 30 с.

Для изучения прочностных свойств оболочки изготовлен ряд риборов, поз воляжих исследовать прочность в соответствии с ЗСТ 14235-69. В частности, прибор для испытания трубчатых Зразцов признан изобретением (а.с. Г428990). .

-л/-

Экспериментальные данные показали, что значения предельных нормальных напряжений 6 и значения модуля упругости £ изменяются в следующих интервалах: о-

Таблица I

Прочностные свойства оболочки брикета

"Материал оболочки 6- , МПа £ , МПа

Пшеничная пыль 1,53.. ,.0,84 66,7. ..350

Ржаная пыль 1,20.. ► .2,82 480,0. ..880

Ячменная пыль 0,78.. ..1,72 112,0. ..540

По результатам экспериментальной оценки признано целесообразным для формирования оболочки использовать многокомпонентную смесь с учетом целевого назначения брикетов.

К основным теплофизическим характеристикам материалов, которые подвергались экспериментальной оценке, относятся теплопроводность Л , температуропроводность о- , а также удельная теплоемкость С . При определении этих показателей нами был применен метод двух температурно-временных интервалов, сущность которого заключается в следующем. Помещая один из спаев термопары в нагреватель С , а другой - на границе сред А (исследуемый материал) и .В (теплоприемник), мы имеем возможность фиксировать показания гальванометра (г во времени Т. В этом случае измерение теплофизических величин сводится к фиксации двух цромежутков временил^» % и л% = ^ -Ту , соответствующих двум заданным значениям показаний гальванометра л и

Полученные значениям^ и л ^позволяют найти все необходимые теплофизические характеристики, используя два граничных условия: в начальный момент вся система имеет одинаковую температуру, принимаемую за начало отсчета. Кроме того, принимается, что температура двух соприкасающихся тел в любой момент времени одинакова, то есть отсутствует температурный скачок. Соблюдение этих условий несложно.

В исследованном диапазоне технологических параметров (и = 5...25 %, ^р - 200...400 кг/м3, t = 20...Ю0°С) теплофизические показатели брикетируемого материала изменяются в сле-.дующих пределах:

- коэффициент теплопроводности^ = 0,084...0,140 Вт/мгрд;

- удильная теплоемкость С - 0,52...1,03 Дк/кг.грд:

- коэффициент температуропроводности О. = 2,38.10 ...7,50.1й'гР/с

-А2-

¿Г* ¿7,

Рис. 5. Изглетагельная схема (<з-) и"йзмёйенЁя показä-плй гальванометра (5 ) при определении тешюфизиче-сккх характеристик

Соответствуйте теплофизпческие характеристики эхструднруе-зй смеси, полученные при других технологических рекимах

10...15 2, * = 20...100°С,/= 600...1050 кг/м^ = 0,5 ..1,5 МПа), иглеют следующие показатель-: 2= 0,15...0,25 Вт/м.грд; С = 1600...3200 Дп/кг/грд; г= 9,25.10 ... 10~^и/с.

Придавая большое значение деформатизным параметрам оболоч-и из зкструдата зерновых, мы провели серию экспериментов, на- _ раплсшмх па выявление этих показателей для широкого диапазона зпептуры исходной смеси.

Анализ полученных данных показывает, что в интервале време-;[Т = 60...300 с и температур Ь = 27,..80°С оболочка проявляет начала свойства вязко-пластичного тела, а затем по своим дефор-ативным характеристикам приближается к свойствам твердого тела, гмечается, что наибольшим пределом прочности обладают оболочки, заученные из следующих смесей: овес 60 %, ячмень 25 %, карбамид 5 % (6* = 0,467 '»Па) и овес 60 %, рояь 30 %, карбамид 10 % ?"= 0,425 !Ша). При этом максимальная относительная деформация [равна соответственно: 15,67...6,75 % и 22,6...15,15 %.

Существенное злиянпе на реализацию процесса формирования Золочки брикета из зкструдата оказывает его вязкость и ее вза-лосвязь с технологическими параметрами процесса. Полученные в кспершонтах данные свидетельствуют о том, что увеличение ско-эсти сдз:гга на два десятичных порядка (с 0,5 до 50 с--*) приво-*т к енлаению эффективной вязкости в 10...20 раз. Повышение

температуры материала со 100 до 160°С снижает показатели эффективной вязкости в 1,5...2,0 раза, а увеличение влажности на 5 % приводит к снижению вязкости в 2,5...4 раза. Значения эффективной вязкости для обследованных-технологических режимов располагаются в интервале 2.103...3.106Па.с. Полученные эксперименталь ные данные открывают определенные возможности управления процессом образования оболочки и ее качеством.

Процесс дисковой'экструзии осуществляется в основном за счет упругих сил, возникающих в расплаве при сдвиге мезду нагретыми плоскостями, что принципиально отличает ее от шнековой, где механическими средствами преодолевается сопротивление вязкого течения. Поэтому объектом специальных исследований послу-аиа характер изменения Ёяэхоупругих свойств материала оболочки под воздействием различных технологических параметров (влажность, температура, давление, скорость сдвига, величина плоскощелевого зазора между рабочими органами, величина подачи и др.) Полученный экспериментальный материал, представленный в виде номограшн(ряс.б), позволяет установить оптимальные режимы работы дискового экструдера.

Результаты экспериментальных исследований использованы при проектировании, изготовлении и эксплуатации соответствующих опытно-цроизводственных установок для изготовления брикетов низкой плотности в оболочке из мучной пульпы и экстрадата зерновых,-

В главе "ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ БРИКЕТОВ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ" представлены программа и методика исследований, а также основные результаты производственных испытаний.

Пресс-брикетировиик, предназначенный для изготовления ЕНП с использованием способа запекания мучной пульпы, является оригинальной разработкой Вологодского молочного института (а.с. .*? 665937 к а.с. № 666099). Он состоит из приемно-рас-прецелителъкой камеры, семи прессующих шнеков, расположенных вертикально, матриц с фильерами, вмонтированных в нагревательную камеру, а также гидросистемы для подачи пульпы, Брикетиров-щик имеет производительность 2,0 т/ч. Общая установленная мощность электропотребителей составляет 44 кВт, в том числе на нагрев - 12 кВт, Пределы регулирования температуры 150...300°. Плотность брикетов - 450...600 кг/м3.

-Л*-

Результаты производственных экспериментов позволили опти м:«зировать процесс брикетирования при следующих основных пока

затслях:

-■ тешература матричного канала 2Ю°С;

•• относительная влажность пульпы 65 %;

- давление пульпы _ ОД МПа;

- длина стабилизирующей матрицы 0,23 м;

- частота вращения рабочих органов 67,5 мин-1.

При соблюдении этих условий удельные энергозатраты составлянт 39,54 кВт.ч/т.

Следующим этапом производственных экспериментов явилось испытание установки для производства БНП в оболочке из эк-струдата. С этой целью была смонтирована технологическая линия, включающая, в частности, штемпельный пресс-брикетировщик и пшековый экструдер (ЭО-1 или КУЗ-2), вырабатывающий экстру-дат, трансформируемый далее в оболочку брикета.

Опыты показали, что удельные энергозатраты на процесс прессования составляют 10,4...10,6 кВт.ч/т при плотности брикетов 600...650 кг/м3 и их крошимости 5,5...6,0 %. Оптимальные значения действующих факторов: производительность линии 1100...1150 кг/ч; длина камеры прессования 0,39...О,40 м.

Заключительным этапом производственных испытаний технолс гического оборудования двилась проверка работоспособности дискового экструдера ЭД-2,0 (оригинальная разработка ВМИ) кш технического средства для изготовления экструзионной оболочки и нанесения ее на поверхность БНП. В качестве прессового оборудования использовался комплект 0БК-1.0 (разработка ГЭКИ; с частичными изменениями конструкции матричных канатов.

ЭД-2,0 обеспечивал производительность, соответстующую производительности основного технологического оборудования. Его производительность составляла 75...100 кг/ч. Общая установленная мощность электрооборудования раЕна 14,2 кВт, из низ на привод рабочего органа - диска - II кВт.

В результате испытаний выявлено, что концентричное расш ложение рабочих органов пресса и экструдера обеспечивает пол? чение качественного поверхностного покрытия брикета без продольного стыковочного шва (как это происходит при использовании шнековых экструдеров). Процесс идет стабильно,. экструдер работает в автогенном режиме при температуре корпуса разной 90°С. Расход материала оболочки составляет П2,5кг/т брикето-

«ta s

энергоемкость процесса производства оболочки равна 19,2 Вт.ч/т брикетов, что на 20 % ниже соответствующих показателей ри использовании 30-1,0.

В ходе производственных испытаний оборудования и после их

завершения осуществлялась оценка сохранности питательных веществ в брикетах, изготовленных по различным технологиям. . Некоторые результаты ' представлены на рис. 7. Они свидетельствуют о ' значительных преимуществах брикетов в обо-

о ВВП А 25 НП S о Волочке м от rtiiPK*. M_ . _ -о*'* SvpnKt- / •f ---

s / v'

* ,

р -¿1—i— Älrnfits

....л--

во

4га

' лочке и технология кх ис. ?. Динамчка изменения крошкмости' производства в сравне-рикетов в процессе хранения !Ш1 с традиционными.

В главе "РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЗХН0Л0ГИ1Г представлена информация о мероприятиях, направленных а пропаганду и внедрение разработанной технологии брикетирования практику современного сельскохозяйственного производства.

Разработка технологии производства БНП явилась результатом зллективного груда, выполненного в 1976...IS88 г.,г. з Вологод-ïom молочном институте под руководством и при непосредственном *астии автора.

Бэзоекм предприятием для апробации и внедрения научных раз- ' :боток слуетл Госплемзавоц "Молочное" Вологодской области, процессе выполнения исследований осуществлялась информирован-)сть заинтересованных организаций и ведомств, таких, как. ВКЛ. ЭСX, НИШТИМЗСХ НЧЗ FC'ICP, ГЭКИ, а также соответствующих Глаь-ib Госагропрома СССР.

Использовалась такая форма внедрения, как пропаганда дссти-!ний ча ВДНХ СССР, где в 1982 г. фрагмент технологической лн-и бил отмечен I серебряной и 4 бронзовыми медалями, а з 1287г. Дипломом I степени и 7 медалями разного достоинства.

3 1985 г. материалы, связанные с технологией производства il, заслушивались на заседании Научно-тяхнического Совета МСХ 2Р л получили одобрение.

В 1986 г. Госагропром СССР сделал заявку на изготовление необходимого оборудования с включением его в Систему машин на 1986...95 г.,г., а Межведомственная комиссия в 1988 г. включи ла комплект оборудования для производства БНП в Систему машин (позиция 0,2.16).

Большую заинтересованность в пропаганде и внедрении науч. практических разработок проявила печать.

В значительной степени материалы исследований кспользова лись в учебном процессе при подготовке специалистов сельскохо зяйственного производства.

Широкой пропаганде в значительной степни способствовала новизна технических решений (7 авторских свидетельств), а так же высокая экономическая эффективность как производства, так : использования нового вида брикетированных кормов. Она складыа отся из трех основных элементов: эффективность промышюнного производства нового оборудования (цена разработанного комплекта оборудования на 6.102 руб ниже цены серийно выпускаемого), эффективности эксплуатации этого оборудования (годовая экономия электроэнергии составляет около 200 тыс. кВт.ч, что в денежном выражении- составляв 1737 руб в ценах 1986 г. в расчете ка один агрегат) и эффективности использования нового вида ко] ма при кормлении крупного рогатого скота, которая основываете на повышении продуктивности и составляет в денежном выражении 39,1 руб на одыу голову при откорме молодняка и 108 руб при к< млении коров. С учетом средней сезонной выработки одного агрегата прирост прибыли составляет соответственно 38 240 и 39 4' руб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕК0:Л5ЗДАШИ ПРОИЗВОДСТВУ

I. Существующая технология производства брикетов для селз скохозяйственных животных не в полной мере отвечает зоотехнкч« ским требованиям по целому ряду причин. Установлено, что крупный рогатый скот отдает предпочтение кормам растительного происхождения, степень уплотнения которых не превышает 600 кг/м3.

Однако технологическое оборудование, выпускаемое промна-ленкостью, ориентировано на переуплотнение кормов. Этим cavanс достигается возможность механизированной бестарной перевозке брикетов к значительно упрощаются условия хранения. Требования

-ле-

едъявляемые животными, в значительной степени игнорируются -за ограниченных возможностей механизмов.

В то хе время физико-механические свойства кормовых мате-алов, подвергаемых прессованию, не позволяют осуществлять их лотнение до' низких плотностей (ниже 600 кг/м3) вследствие то, что после снятия нагрузки брикет не сохраняет свою форму и зрупается под воздействием сил релаксации.

Для получения брикетов, наиболее полно отвечающих физиоло-ческим требованиям животных с одновременным выполнением тре-ваний технического характера по прочностным показателям реко-ндуется технология производства кормовых брикетов низкой плот-сти с упрочняющим поверхностным покрытием из кормовых матери-ов. При этом повышается питательная ценность кормов, улучпа-ся их сохранность и растет продуктивность животных.

2. Основным критерием для оценки прочностных характеристик акетированних корлов должны быть усилия, создаваемые челюстя-кивотных при поедании различных кормов. Экспериментально до-зано, что 'величина этих усилий зависит от вида поедаемого кор, Они характеризуются следующими показателя!®:

- максимальные - при поедании

гранул 125,4...145,2 Н

силоса 75,9... 95,7 Н

- средние - при поедании

сена 42,9... 89,1 Н

брикетов ОПК (у»600 кг/м3) 50,2... 52,5 К

- минимальные - при поедании концентратов • 31,3 Н брикетов ЕНП (у><600 кг/м3,} 13,9 Н

Опыт показывает, что лучпе всего поедаются брикеты с плотные ниже 600 кг/м® (Г3,9...32,2 Н).

Рекомендуется использовать брикеты длиной 20...300 мм, метром не более 70 мм, состоящие из травяной резка с дли-

частиц 50...I0Q мм и поверхностной оболочкой толщиной Г... м из мучкой пульпы или экструдата из смеси зерновых и мочен.

3. Процесс производства брикетов низкой плотности состоит двух этапов: первый - уплотнение брикетируемого материала, необходимых плотностей (физиологические требования), второй анесение материала, из которого формируется питательная очняицая оболочка, играющая роль обвязки. В качестве улроч-

няющих материалов рекомендуются апробированные в производстве •.тучная пульпа, подвергающаяся в дальнейшем под тепловым воздействием запекании в корочку, а такие продукты экструдирова-ккя кормовых смесей из дерти зерновых и карбамида.

Исследование влияния технологических факторов на физико-механические свойства кормовых материалов показали, что они подвергаются существенным изменениям в процессе переработки. Изучение закономерностей изменения свойств материалов оболочки открывают возмокности управления качеством поверхностного покрытия брикета. Так, увеличение температуры матричного канала с 20 до 200°С приводит к сншсению коэффициента упругого расширения с 2,30 до 1,15, а остаточного бокового давления - с 2,0 до 0,54 МПа. Значения эффективной вязкости экструдпруемой смеси в зависимости от технологических факторов находятся в пределах 2,0.Ю3...3,0.Ю6Па.с.

4. В диапазоне времени 60...300 с и температур 20...80°С прочность оболочки, сформированной как из мучкой пульпы, так и из экструдата зерновых смесей, возрастает, сохраняя в тс ке время часть вязко-пластичных свойств, что позволяет таким образом выдергивать внутренние напряжения спрессованного материала.

5. Апробированной и рекомендуемой к использованию после соответствующей обработки в качестве оболочки брикета является следующая рецептура смеси:

- при использовании способа запекания - мучная пульпа с исходной влажностью 65 %;

- при использовании способа экструдирования - рогь 42,5 %, овес 42,5 %, мочевина 15 % (по массе);

- минимальное содержание ржи в смесл 25 %.

6. В результате экспериментального изучения производства низкошютных брикетов оцределены оптимальные режимы:

цри производительности прессового оборудования, равной 1100 кг/ч длина камеры прессования не долина превышать 0,4 м. При этом удельные энергетические затраты на процесс прессования составляют 10,4...10,6 кВт.ч/т, крошимость брикетов -5,5...6,0 %.

7. Доказала возможность использования дискового экструдерг в качестве технического средства для выработки экструдата ж ке-несения его на поверхность брикета. Использование дискового

-30-

кструдера в технологической линии позволяет значительно упро-тить эксплуатацкоиные условия, повысить качество оболочки и низить энергоемкость процесса на 20 %.

8. Потери питателышх веществ в брикетах низкой плотности ри длительном хранении значительно пике, чем в брикетах, изго-овленных на оборудовании серийного производства и рассыпных ормах. Оболочка брикетов из экструдата зерновых и карбамида' пособствует значительному сокращению потерь питательных ве-еств в процессе хранения корма, предотвращает его гниение и азвитие грибковой флоры.

9. Продуктивность крупного рогатого скота при использова-ии брикетов низкой плотности в экструзиоиной оболочке возра-гает:

при откорме молодняка на 12...14 %; у лактируищлх высокоудойных коров на 7,0...7,5 %.

Общая экономическая эффективность от использования обору-ования для производства брикетов низкой плотности в экструзн-ехной оболочке составляет 1737 рублей на одну малшну. Годовой кономпчесний эффект при использовании БНП на откорме молодая'-а крупного рогатого скота составляет 39,10 рубля на одну го-эву и 108,08 рубля на одну голову при кормлении лактирузщих эроз. С учетом сезонной выработки агрегата прирост прибыли ззяйства составляет около 40 тыс. рублей в год за. счет рейли-ации дополнительной продукции.

ШОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СДЕДУЩК ПЕЧАТНЫХ РАБОТАХ:-

.Игнатьевский Н.Ф., Острецов В.Н. Определение значений коэффи-тента трения кормовых смесей методом планирования эксперимента 'Записки ЛСХИ/ Л.-Пушстн.-Г977.-t.33S.-C.38-39. . Игнатьевский H.í>., Острецов В.Н. Характер распределения тем-эратур и скорость.прогрева брикета при запекашк/УЗапкски ЛСХИ Л.-Пупктш. -1978 .-т. Зо2 .-С24-28.

,А.с.665937, СССР, ЖИ2 В 01^2/20. Устройство для получения занул/ Н.Ф.Игкатьевский, В.Я.Острецоз, А.А.Исанов и др.-2 с:ил.

►А.с.666099 - СССР, ши2 в 0Ц2/20. Устройство для получестя зикотов/ Н.З.Игнатьевский, В.Н.Острецов, А.А.Исаков и др.-с.: ил.

, Игнатьевскгй Н.2., Острецов В.Н.Силозые характеристики жеванного аппарата жив от-шлУ/Тр. ин-та/ГЗлП, Зиль ке с. -13 73. -С. 41~4£>.

Игнатьевский Н.Ф. Основьь'в особенности брикетирования кормовы: смесей методом запекания//Тр.ин-та/ГЭКИ,Вильнюс.-1979.-С.62-66.

7. Игнатьевский Н.Ф. Анализ энергетики шнекового брикетировщика //Записки ЛСХИ/ Л.-Пушкин.-1980.-т.391.-С. 48-52.

8. Игнатьевский Н.Ф.,Исаков A.A.,Острецов В.Н. Распределение температурных полей в брикбте//Тр.ин-та/ГЭКИ,Вильнюс.-1380.С.28-30.

9. Игнатьевский К.!1.,"арин В.А.,Острецов В.Н. Физико-механичесюи свойства поверхностно упроченного слоя брикетов низкой плотности /Др. ин-та/ГЭКИ, Вильнюс .-1980. С. 36-37.

10. Игнатьевский Н.Ф.»Ларин В.А..Острепов В.Н. Экономическая оценка использования полнорадионшх брикетов низкой плотности//Тр. ин-та/ГЭКИ.Вильнюс.-1980.-С.38-39.

11.Игнатьевский Н.Ф.,Лалуева К.Ф..Острецов В.Н. Использование öpj кетов низкой плотности//£ивотноводство.-I960.-!'■ 10.-С. 26-27.

12. Игнатьевский Н.Ф..ЛаринВ.А. Оптимизация процесса образования низкоплотных брикетов с упроченной экструзионной ободочкой//3апи-ски ЛСХИ/ Л.-Пушкин.-1982.-т.398.-С.38-40.

13. А.с.986342,СССР, МКИ2 А 01^ 15/00. Способ получения кормовых брикетов/ Н.Ф.Игнатьевский,С.В.Ананьев,В.А.Ларин и др.-С 2.

14. Игнатьевский Н.Ф.,Лалуева К.Ф., Ларин В.А. и др. Использование брикетов низкой плотности в экструзионной оболочке/АСивотно-водство.-1983.-й 9.-С.18-20.

15. A.c. II0II97, СССР, ЫШ2 А OlF 15/00. Устройство для получения кормовых брикетов/ Н.Ф.Игнатьевский, И.И.Уваров, С-Н.Э Руз-гас и др.-5 с:кл.

16. Игнатьевский Н.Ф.,Ларин В.А. Оптимизация процесса производства низкоплотных брикетов в экструзионной оболочке,//Тр.нн-та/ БСХИ, Брянск.-1983.-С.48-52.

17. Игнатьевский Н.Ф. Использование брикетов низкой плотности в рационах крупного рогатого скота//Производство продукции животноводства в условиях Вологодского агропромышленного комплекса.-Л., 1985.-С.69-75.

18. Игнатьевский Н.Ф. Анализ использования АВМ в условиях В олого: ской области//Интенсификашя перестройки и внедрения новых технологий в кормопроизводстве. - Вильнюс, 1986.-С. 189-190.

19. Игнатьевский Н.Ф. Совершенствование технологии производства кормовых брикетов//Достижения науки и передового опыта - сельскому хозяйству. - Йошкар-Ола, 1986. -С.664'7.

20. Игнатьевский Н.Ф..Ларин В.А. ВаянейшиЛ резерв экономии энергии и зетша//Кормопроизводство.-1986. 12. С.8-10.

-JZ-