автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка технологии и обоснование режимов работы пресса для гранулирования подкормок собакам

Рязанская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора П.А.Костычева

На правах рукописи

ЕРМАКОВ Сергей Владимирович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПРЕССА ДЛЯ ГРАНУЛИРОВАНИЯ ПОДКОРМОК СОБАКАМ

Специальность 05.20.01 -механизация сельскохозяйственного производства

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители:

заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, доктор технических наук, профессор В.Ф.Некрашевич

кандидат физико-математических наук, доцент Е.И.Троицкий

Рязань - 1999

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...................................... 5

1. АНАЛИЗ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННЫХ КОРМОВ ДЛЯ ДОМАШНИХ ЖИВОТНЫХ.................................... 9

1.1. Эффективность скармливания кормов в виде гранул .... 9

1.2. Анализ существующих способов и средств механизации гранулирования комбикормов......................... 12

1.3. Анализ конструкции систем питания прессов-грануляторов кормов ............................................ 21

1.4. Анализ выполненных научных исследований по разработке технологий и средств механизации гранулирования кормов . 27

1.5. Постановка проблемы и задачи исследования............ 29

2. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАССЫПНЫХ ПОДКОРМОК ДЛЯ

СОБАК.......................................... 31

2.1. Программа и методика исследований................. 31

2.2. Результаты исследований по определению физико-механических свойств рассыпных кормовых смесей

для собак ....................... .................. 42

2.3. Результаты исследований влияния основных технологических факторов процесса прессования на величины статического и динамического коэффициентов трения и коэффициента бокового давления............................. 48

2.4. Результаты исследований влияния основных технологических факторов процесса прессования на релаксационные свойства прессуемого материала..................................56

ВЫВОДЫ....................................... 62

3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБА ПОДАЧИ МАТЕРИАЛА НА РАБОЧУЮ ПОВЕРХНОСТЬ МАТРИЦЫ ......... .........................................................65

3.1. Конструктивно-технологическая схема модернизированного пресса-гранулятора . .....................................................65

3.2. Обоснование конструктивно-кинематических параметров устройства для формирования равномерного слоя материала на рабочей поверхности матрицы..............................68

3.2.1. Обоснование частоты вращения формирующего катка . . 70

3.2.2. Обоснование угла наклона косых ребер на конических боковинах формирующего катка........................ 78

ВЫВОДЫ......................................... 80

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГРАНУЛИРОВАНИЯ ПОДКОРМОК ДЛЯ СОБАК В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ . . ...........................................81

4.1. Программа и методика исследований ................. 81

4.1.1. Методика определения влияния технологических факторов процесса прессования на крошимость гранул........... 82

4.1.2. Методика определения крошимости гранул............. 89

4.1.3. Методика определения плотности гранул............... 91

4.1.4. Методика определения предела прочности гранул на сжатие

в радиальном направлении............................ 91

4.1.5. Методика определения влияния длины канала прессования на крошимость, плотность и предел прочности гранул на сжатие в радиальном направлении................... 93

4.1.6. Методика определения величины износа по ширине рабочей поверхности матрицы......................................................94

4.1.7. Методика определения конструктивных и кинематических параметров устройства для формирования равномерного

слоя по ширине рабочей поверхности матрицы.......... 96

4.2. Результаты исследований ............................ 100

4.2.1. Результаты исследований по определению предела прочности гранул на сжатие в радиальном направлении и диаметра гранул подкормки для собак из условия удовлетворения их физиологическим требованиям.............. 100

4.2.2. Результаты исследований по определению влияния технологических факторов процесса прессования на кроши -мость гранул ...................................... 101

4.2.5. Результаты экспериментов по определению влияния длины канала прессования на крошим ость, плотность и предел прочности гранул на сжатие в радиальном направлении

.................................................. 103

4.2.6. Результаты определения величины износа по ширине рабочей поверхности матрицы .......................... 107

4.2.7. Результаты экспериментов по определению конструктивных и кинематических парамегров формирующего катка для равномерного распределения материала по ширине рабочей поверхности матрицы....................... 109

ВЫВОДЫ ..............................................112

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГРАНУЛИРОВАНИЯ ПОДКОРМКИ ДЛЯ СОБАК В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ, ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА ГРАНУЛИРОВАННОЙ ПОДКОРМКИ ДЛЯ СОБАК . ................................. 114

5.1. Программа и методика исследования процесса гранулирования подкормки для собак в производственных условиях

и внедрение их результатов.......................... 114

5.2. Результаты исследования процесса гранулирования подкормки для собак в производственных условиях......... 119

5.3. Экономическая эффективность производства гранулированной подкормки для собак........................ 122

ВЫВОДЫ ..................................................................129

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ..........130

ЛИТЕРАТУРА..........................................................................133

ПРИЛОЖЕНИЯ......................................................................144

ВВЕДЕНИЕ

Перед современным кормопроизводством стоит задача - производить корма с минимальным соотношением 'цена-качество". Это такие корма, доля затрат на которые в себестоимости продукции минимальна, или корма, позволяющие снизить период откорма и таким образом ускорить оборот денежных средств. Указанного выше можно достигнуть в том случае, если применять высокоэффективные корма. Такими кормами являются гранулированные или брикетированные корма, эффективность применения которых доказана. В Нидерландах, где производство сельскохозяйственной продукции поставлено на промышленную основу, 86% всех кормов потребляется в гранулированном виде: 99% - крупным рогатым скотом, 93% -свиньями и 54% - птицей /1/.

За рубежом гранулированные корма получили широкое распространение, в том числе и при кормлении домашних животных, в частности собак. На отечественном рынке представлен весь спектр кормов для животных иностранного производства в виде выпечки (галет) и в гранулированном виде (окатыши и экструдат).

Отечественные производители кормам для домашних животных должного внимания не уделяли, а представляли на рынок лишь те корма в рассыпном виде, которые являлись основной или побочной продукцией их производства. Этой продукцией являлись: мясная, мясокостная и костная мука - мясоперерабатывающих комбинатов; рыбная мука - рыбоперерабатывающих комбинатов; продукты переработки зерна - предприятий переработки растениеводческой продукции.

Некоторыми предприятиями производятся рассыпные кормовые смеси, например "Комкорд" (производитель - АО "Реком", г.Москва), которые достаточно популярны у собаководов благодаря их низкой цене. Но у рассыпных кормовых смесей есть ряд существенных недостатков: потери при

скармливании, необходимость запаривания перед скармливанием, малый срок хранения.

В настоящее время имеются лишь отдельные попытки отечественных производителей изготавливать гранулированные корма для собак. В одном случае корм производился в виде экструдата ("Бакс" - производитель АООТ "Росэлеваторстрой" г.Москва) и из-за высокой удельной энергоемкости процесса изготовления корма его цена была на уровне цен зарубежных кормов. В другом случае корм производился в виде гранул ("Викор" - производитель АО "Викор", г.Ростов-на-Дону), был дешев, но корма неохотно поедались, так как имели неприятный для собак запах. Из указанного выше следует, что на отечественном рынке представлены корма для собак, которые изготовлены иностранными производителями или по их лицензии в гранулированном виде или в виде выпечки. Изготовленные отечественными производителями корма поставляют в виде рассыпных кормовых добавок (мясная, мясокостная и костная мука) или рассыпных кормовых смесей.

Одним из путей снижения себестоимости производимого корма является повышение долговечности оборудования, на котором он производится, так как это ведет к снижению доли амортизационных отчислений. Наибольшее распространение из всех средств механизации, используемых при гранулировании, получили, прессы-грануляторы с вертикальной вращающейся кольцевой матрицей. Их существенным недостатком, приводящим к снижению ресурса работы рабочих органов является неравномерный износ по ширине рабочей поверхности матрицы.

Удешевления гранулирования кормов можно добиться также и с помощью оптимизации технологических режимов гранулирования, то есть производить качественные гранулы с наименьшими удельными энергозатратами.

Из изложенного выше следует, что в настоящее время в нашей стране практически отсутствуют стандартные составы сухих кормов для собак.

Технология гранулирования сухих кормов для собак практически не разработана, имеющиеся попытки производства оказались не очень удачными. Не отработаны также режимы гранулирования тех составов сухих кормов, которые представлены в литературе по собаководству /2, 3/. Не внесены изменения в конструкцию прессов-грануляторов, обеспечивающие производство гранулированных кормов, соответствующих зоотехническим требованиям. В связи с этим целью настоящей диссертационной работы является повышение эффективности использования подкормок для собак путем разработки технологии их гранулирования, совершенствования рабочих органов и оптимизации режимов работы прессов-грануляторов.

Народнохозяственное значение диссертационной работы заключается в том, что разработанная технология гранулирования повышает эффективность использования подкормок для собак, снижает затраты труда и средств на приготовление и раздачу корма.

Основные полученные результаты данной работы:

- предложена технология гранулирования подкормок для собак;

- изучены физико-механические и реологические свойства подкормок для собак;

- разработана более совершенная конструкция прессующего узла пресса-гранулятора;

- отработаны оптимальные режимы гранулирования подкормки для собак.

На защиту выносятся:

- технология гранулирования подкормок для собак;

- параметры физико-механических и реологических свойств подкормок для собак;

- конструктивно-технологическая схема прессующего узла, обеспечивающая выравнивание потока корма;

- оптимальные режимы процесса гранулирования подкормок для собак.

Автор выражает благодарность и глубокую признательность научному руководителю, доктору технических наук, профессору Некрашевичу В.Ф., кандидату технических наук, доценту кафедры "Электротехника, электрооборудование и автоматика" Кипарисову Н.Г., старшему преподавателю кафедры "Экономическая кибернетика" Гришину Г.И., сотрудникам кафедры "Механизация животноводства" и Проблемной научно-исследовательской лаборатории гранулирования и брикетирования кормов за помощь, оказанную при выполнении данной работы.

1. АНАЛИЗ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННЫХ КОРМОВ ДЛЯ ДОМАШНИХ ЖИВОТНЫХ

1.1. Эффективность скармливания кормов в виде гранул

Кормление животных прошло три стадии развития:

1 - скармливание животным каждого вида корма в отдельности;

2 - скармливание животным рассыпной кормовой смеси;

3 - скармливание животным гранулированных или брикетированных кормов.

Наиболее эффективным оказалось кормление животных гранулированными и брикетированными кормами. Их эффективность доказана при скармливании скоту /4,5,6,7,8,9,10/, кроликам /11,12/, песцам /12/, норкам /13/, прудовым рыбам /14,15/ и др.

Эффективность кормления гранулированными кормами, не смотря на достаточно высокие энергозатраты на их изготовление, заключается в следующем:

- хорошее усвоение животными корма;

- животные значительно быстрее, по сравнению с кормлением рассыпными кормами, набирают массу;

- перед подготовкой к скармливанию не требуется увлажнения или запаривания, как при кормлении рассыпными кормами;

- не наблюдается самосортирования при транспортировке, как это происходит у рассыпных смесей кормов;

- уменьшаются потери корма от распыления;

- сводится к минимуму риск заражения сальмонеллезом и другими подобными болезнями, так как болезнетворные бактерии погибают под воздействием высокой температуры, возникающей в кормах при гранулировании;

- требуется меньший объем помещения для хранения кормов и меньшие емкости для их транспортировки;

- увеличивается срок хранения корма без снижения его качества. Нормальная жизнедеятельность и работоспособность собак тоже в значительной степени зависит от правильного их кормления. Под правильным кормлением подразумевается такое кормление, которое осуществляется по физиологически обоснованным нормам потребности в питательных веществах и при соблюдении режима кормления.

Правильное кормление оказывает решающее влияние на здоровье, развитие и экстерьер собак.

Новейшие исследования /3/ показывают, что в 100 граммах корма для собак должно содержаться от 300 до 350 ккал обменной энергии, 25-30% сырого протеина - для собак в возрасте двух лет и 15-20% сырого протеина для собак старше двух лет, 3-5% сырого жира, а иногда и до 10% при обязательном учете содержания линолевой кислоты в пересчете на рацион. Количество сырой клетчатки не должно превышать 2-4%, хотя ее присутствие необходимо для пищеварения в качестве балласта.

Практические рационы в 100 граммах должны содержать /3/ 280-300 ккал обменной энергии, 20-25% сырого протеина, 5% сырого жира, 4% сырой клетчатки. Количество корма такого рациона в сутки определяют из расчета 3-5% от живой массы животного. В отечественном собаководстве применяют чаще практические рационы.

Регламентируется также содержание в корме витаминов, аминокислот и минеральных веществ во многих рекомендациях по кормлению /3,16,17/. Но, так как целью данной работы является производство гранулированной подкормки, то при выборе состава рассыпной кормовой смеси придерживались данных по содержанию сырого протеина, сырого жира, сырой клетчатки и энергетической ценности. Это делает подкормку универсальной для всех возрастных категорий собак, позволяя учитывать их физиологические

потребности, путем добавки в рацион недостающих в подкормке витаминов и минералов.

На настоящий момент отечественные кормопроизводители представляют на рынке единичные рецепты рассыпных кормовых смесей, а единственный случай выхода на рынок отечественного корма для собак в виде гранул оказался неудачным. Он проигрывает зарубежным кормам в потребительских свойствах, не уступая им в цене. Переход на кормление собак гранулированными кормовыми смесями очевиден, так как позволяет экономить время на приготовление и раздачу корма. Очевидность данного перехода подтверждается также насыщением отечественного рынка гранулированными кормами (в основном экструдат) иностранного производства.

Наиболее высокая эффективность при кормлении животных гранулированными кормами достигается в том случае, если гранулы по кормовому качеству и физико-механическим свойствам удовлетворяют физиологическим потребностям животных.

При производстве гранул руководствуются требованиями ГОСТ 23513-79 /18/, который предусматривает соответствие гранул из кормовых смесей следующим нормам:

- по плотности - 600... 1300 кг/м3;

- по крошимости - не более 12%;

- по диаметру - 6... 25 мм;

- по длине - не более 40 мм.

До настоящего времени производство гранулированных кормов ставило перед собой задачу изготавливать гранулы с наименьшей кроши-мостью, наименьшей удельной энергоемкостью процесса /19,20,21/ без учета физиологических особенностей животных, то есть производственники стремились к увеличению механической прочности гранул с целью уменьшения потерь в процессе хранения, фасовки, транспортировки /22/ или к снижению стоимости кормов.

На данный момент существуют ряд научных исследований /23,24,25,26/, где подчеркивается актуальность введения для каждого вида животных еще одного показателя качества кормовых гранул - предела прочности на сжатие в радиальном направлении. Необходимо производить гранулы, руководствуясь интересами потребителя, а не интересами производителя. При этом требуется находить оптимальное соотношение между требованиями ГОСТ 23513-79 /Ш и физиологическими потребностями собак.

Исходя из сказанного выше, можно сделать заключение, что на эффективность скармливания гранулированных кормов влияет не только само изготовление их в форме гранул, но и нахождение оптимального сочетания качественных показателей гранул по ГОСТ 23513-79 /18/ с физиологическими потребностями собак.

Для собак нет четких рекомендаций по диаметру гранул. Значение предела прочности гранул на сжатие в радиальном на