автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование технологии и исследование шестеренного пресса для производства кормовых смесей на основе яблочных выжимок

На правах рукописи

Беляев Дмитрий Александрович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ II ИССЛЕДОВАНИЕ ШЕСТЕРЕННОГО ПРЕССА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОРМОВЫХ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ ЯБЛОЧНЫХ ВЫЖИМОК

Специальность 05.20.01- Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРЕТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 0''^! ¿и

13

Мичуринск - наукоград РФ, 2013

005062181

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Мичуринский государственный аграрный университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ, академик РАСХН Завражнов Анатолий Иванович

Некрашевич Владимир Федорович

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ, ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П. А. Костычева» / кафедра механизации животноводства, профессор

Горшенин Василий Иванович

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет» / кафедра тракторов и сельскохозяйственных машин, заведующий

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I»

Защита диссертации состоится 10 июля 2013 года в 12 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.041.03 при ФГБОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет» по адресу: 393760, Тамбовская область, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, 101, зал заседаний диссертационных советов.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета ФГБОУ ВПО МичГАУ.

Объявление о защите и текст автореферата размещены на сайтах ФГБОУ ВПО МичГАУ wvvw.mgau.ru и Министерства образования и науки Российской Федерации vak.ed.gov.ru

Автореферат разослан 10 июня 2013 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета по адресу: 393760, Тамбовская область, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, 101.

Ученый секретарь

диссертационного совета ДМ 220.041.03, *

кандидат технических наук, доцент , ~' —ЛанцевВ.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Эффективность животноводства во многом обусловлена обеспеченностью животных кормами соответствующего качества. Практика показывает, что затраты на производство продукции на 60... 70 % определяются их стоимостью. Поэтому энергетические затраты кормопроизводства на пути от поля до кормушки должны быть оправданы получением соответствующего конечного продукта. Здесь на первый план выходят показатели энергетической эффективности производства кормов. Таким образом, возникает задача получения достаточного количества доброкачественных кормов с наименьшими материальными, энергетическими и трудовыми затратами.

Одним из важнейших направлений снижения себестоимости кормов и повышения их качества является необходимость использования отходов пищевой промышленности. В процессе производства основной продукции в плодоовощной отрасли образуются и отходы производства: томатные и яблочные вы-терки, яблочные и виноградные выжимки, томатные семена, плодовые косточки, очистки картофеля, моркови, свеклы, кабачков, баклажан, створки зеленого горошка, покровные листья капусты, выжимки ягод, а их переработка является дорогостоящей операцией.

В настоящее время в связи с большими затратами на переработку отходов консервного производства, таких как яблочные выжимки, вывозятся за территорию заводов, лежат кучами на протяжении многих лет на полях, ранее довольно плодородных. Поэтому была поставлена задача использования яблочных выжимок на кормовые цели с их дальнейшей переработкой. Это позволит существенно поднять экономическую устойчивость и рентабельность производства, в том числе благодаря исключению экологических штрафов и затрат на вывоз отходов.

Степень разработанности темы.

Вопросам уплотнения растительных материалов посвящены исследования В .П. Горячкина, С.А. Алферова, М.А. Пустыгина, А.И. Завражнова, В.И. Особова, И .А. Долгова, В.Ф. Некрашевича, Г.Я. Фарбмана, C.B. Мельникова, Д.И. Николаева, В.И. Щербины, Ю.В. Подкользина и других. Анализ этих работ показывает, что общая теория формирования твердых брикетов и гранул из смесей растительного происхождения разработана в достаточной степени, однако теоретические исследования прессования яблочных выжимок не проводились.

Анализ существующих машин и технологий показывает, что конструктивно-технологические схемы устройств для прессования довольно многообразны, однако они практически не могут использовать в качестве сырья яблочные выжимки, получаемые после выдавливания сока, без добавления дополнительных компонентов.

Это обуславливает необходимость совершенствования технологии и исследование шестеренного пресса для производства кормовых смесей на основе яблочных выжимок.

Цель работы. Повышение эффективности использования яблочных выжимок для кормовых целей путем совершенствования технологии и технических средств прессования их в смеси с соломой и дертью зерновых культур.

Задачи исследований:

- провести анализ существующих технологий и машин для прессования растительных кормов в АПК;

- провести теоретические исследования процесса прессования кормовых смесей с добавлением яблочного жома шестеренным гранулятором;

- разработать и обосновать технологический процесс для прессования яблочных выжимок в смеси с соломой и дертью зерновых культур;

- экспериментально определить наилучшие параметры процесса прессования смеси яблочных выжимок с соломой и дертью зерновых культур;

- дать экономическую оценку предлагаемой технологии с использованием экспериментального пресса.

Научную новизну составляют:

1 .Теоретическое обоснование использования шестеренных прессов для приготовления гранул из смеси яблочных выжимок, соломы и дерти зерновых культур;

2.Выявленные закономерности процесса прессования смесей, включающих влажные компоненты, в том числе яблочные выжимки.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в разработке энергосберегающего технологического процесса гранулирования смеси из отходов перерабатывающей промышленности для кормовых целей, включающей яблочные выжимки, солому и дерть зерновых культур с помощью шестеренного пресса.

Объект исследований. Технологический процесс прессования яблочных выжимок в смеси с соломой и дертью зерновых культур в шестеренных прессах.

Предмет исследований. Закономерности рабочего процесса гранулирования смеси из яблочных выжимок, соломы и дертью зерновых культур шестеренным прессом.

Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов.

Методика исследований основана на применении современного оборудования и измерительных приборов. Теоретические исследования были выполнены, основываясь на законах механики и методах математического моделирования.

Экспериментальные исследования и определение физико-механических свойств яблочных выжимок и гранул проводились в соответствии с действующими ГОСТами, ОСТами и с использованием методики планирования экспериментов. При обработке экспериментальных данных были использованы методы математической статистики с применением современных средств вычислительной техники и стандартных ЭВМ-программ. Результаты теоретических исследований подтверждены экспериментальной проверкой на лабораторных и опытно-производственной установках.

На защиту выносится результаты:

анализа существующих технологий консервирования растительных кормов и основных направлений использования вторичных сырьевых ресурсов;

- исследований качества яблочного жома в зависимости от сроков и условий хранения;

- обоснования технологического процесса прессования смеси яблочных выжимок с соломой и измельченной дертью зерновых культур шестеренным гранулятором;

- теоретических исследований процесса прессования смесей на основе яблочного жома в шестеренных грануляторах;

- экспериментальных исследований и рекомендации по выбору компонентов, их соотношении и свойств, необходимых для получения гранул необходимого качества;

- экономического обоснования эффективности практического использования результатов исследования.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены, обсуждены и получили положительную оценку на международной научно — практической конференции 15-16 ноября 2007 г. «Перспективные технологии и технические средства АПК», Мичуринск - наукоград РФ, 2007; международной научно - практической конференции 4-5 мая 2009 г. «Инновационно - техническое обеспечение ресурсосберегающих технологий АПК», Мичуринск - наукоград РФ, 2009; Международной научно-практической конференции 13-16 апреля 2011 г. "Сады Будущего", Мичуринск - наукоград РФ - 2011; Международной научно-практической конференции 27-29 июня 2012 г. «Интеграция научно-технического потенциала регионов РФ и стран СНГ в решении задач механизации садоводства на современном этапе» ", Мичуринск - наукоград РФ -2012; на ежегодных конференциях МичГАУ (2007 - 2012 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы из 148 наименований и приложений. Работа изложена на 130 страницах, содержит 36 иллюстраций, 18 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели, объекты и предметы исследований, научная новизна. Представлены вынесенные на защиту основные положения.

В первой главе представлен анализ состояния вопроса использования отходов пищевой промышленности АПК, выявлены основные направления использования и вовлечения в хозяйственный оборот вторичных сырьевых ресурсов и отходов АПК. Проведенный химический анализ сырых яблочных выжимок показал, что отходы переработки имеют определенную питательную ценность, но непродолжительный срок хранения, так как они быстро портятся, ме-

няют свой химический состав и питательную ценность. Следует обратить внимание на то, что свежие яблочные выжимки имеют высокую кислотность (рН 3,2 - 3,7), которая повышается при хранении, что оказывает отрицательное влияние на обмен веществ как поли- так и моногастричных животных. Следовательно, можно сделать вывод, что яблочные выжимки в свежем виде не пригодны для использования в качестве корма для сельскохозяйственных животных.

Проводимые исследования по силосованию яблочных выжимок показали удовлетворительные результаты, но для силосования необходимы большие по площади, долгосрочные капитальные хранилища. Хорошие результаты дает сушка отходов на агрегатах АВМ, однако термические способы обработки требуют значительных капиталовложений, а также больших энергетических затрат.

Для выхода из создавшегося положения необходимо внедрение таких технологий, при которых обеспечивается наибольшая сохранность питательной ценности с минимальными энергозатратами. Одна из таких технологий - прессование яблочных выжимок в смеси с измельченной соломой и дертью зерновых культур для дальнейшего использования в качестве кормов.

На основании аналитического обзора литературы по рассматриваемой проблеме сформулированы следующие задачи исследования:

- провести анализ существующих технологий и машин для прессования растительных кормов в АПК;

- провести теоретические исследования процесса прессования кормовых смесей с добавлением яблочного жома шестеренным гранулятором;

- разработать и обосновать технологический процесс для прессования яблочных выжимок в смеси с соломой и дертью зерновых культур;

- экспериментально определить наилучшие параметры процесса прессования смеси яблочных выжимок с соломой и дертью зерновых культур;

- дать экономическую оценку предлагаемой технологии с использованием экспериментального пресса.

Проведен анализ существующих технологий консервирования растительных кормов и отходов перерабатывающей пищевой промышленности. Корма растительного происхождения в настоящее время могут быть законсервированы при помощи следующих технологий: приготовление сена (рассыпного, в тюках или в брикетах), силоса, сенажа, травяной муки искусственной сушки в рассыпном, гранулированном или брикетированном виде. По данным многих ученых в брикетах и гранулах лучше сохраняются питательные вещества зеленой массы. Потери протеина в гранулированных кормах после годичного хранения составляет 10%, а в травяной муке, силосе и сене эти потери в среднем составляют соответственно 20,30 и 80%.

К наиболее рациональным методам заготовки кормов можно отнести прессование. В пользу этого метода говорит то, что он подходит как для уборки травянистых бобовых культур, так и для обычно используемых для заготовки на сено и силос злаковых растений. Доказано, что по питательным свойствам гранулирование корма близки к концентрированным и даже превосходят их по

содержанию каротина. Так, в 1 кг гранул содержится до 109г перевариваемого протеина, до 187мг каротина и 0,7-0,86 кормовых единиц. Гранулирование повышает возможность использования отходов перерабатывающей промышленности, которые чаще всего не используются.

Проведен обзор конструктивных схем прессов для кормов и отходов пищевой промышленности.

По результатам анализа и обобщения литературных данных можно сделать следующие выводы:

1) большинство используемых прессов имеют высокую энергоемкость процесса;

2) для получения гранул нужного качества требуется создание высокого давления в прессовальной камере, что приводит к большому количеству выделяемой теплоты и, как следствие снижение качества прессуемого материала, ухудшению качества прессуемых материалов;

3) процесс прессования в существующих прессах требует предварительного тонкого измельчения прессуемого материала, для чего необходимо дополнительные операций и расходование энергии;

4) существующие прессы практически не могут использовать яблочные выжимки, получаемые после выдавливания сока, без добавления дополнительных компонентов;

5) наиболее перспективными для этих целей являются шестеренные прессы.

Во второй главе представлены теоретические исследования процесса прессования яблочных выжимок в смеси с измельченной соломой и дертью зерновых культур; представлена физико-механическая модель смеси для прессования на основе яблочных выжимок; рассмотрен физический механизм сжатия смеси из яблочных выжимок с соломой и дертью зерновых культур; произведен анализ работы сжатия смеси яблочных выжимок с соломой и дертью зерновых культур; произведен расчет момента сопротивления сжатия смеси в межзубовом пространстве прессующих колес шестеренного гранулятора на различных этапах прессования; дана оценка производительности шестеренного гранулятора в случае прессования смеси на основе яблочных выжимок.

Вопросам уплотнения растительных материалов посвящены исследования В.П. Горячкина, С.А. Алферова, М.А. Пустыгина, А.И. Завражнова, В.И. Особова, И.А. Долгова, В.Ф. Некрашевича, Г.Я. Фарбмана, C.B. Мельникова, Д.И. Николаева, В.И. Щербины, Ю.В. Подкользина и других. Процесс гранулирования состоит из нескольких этапов: сжатие, выдержка под давлением, снятие давления, релаксация напряжения, выдержка без давления, выпрес-совка и упругое расширение гранулы. Качественное осуществление каждого этапа определяет эффективность всего процесса. В таком случае физико-механические свойства выражаются с помощью кинематических функций времени.

**(') + /7СКС) + k{t)x(t) = 0,40) = хо,х'(0) = 0 (1)

где i](i) и k(t) - «вязкость» и «жёсткость», убывающие со временем функции.

Напряжения от деформации о(е) для смеси яблочных выжимок с соломой и дертью зерновых культур:

ст(е) = а£ + РеЪ +у£* £2)

где 6,(7- [0;1]; о;/3> 0; у< О

4 12 1

— = а£ +Ье +се + й

Л . (3)

Коэффициенты а,Ь,с,с1 характеризуют вязко-упругие свойства смеси яблочных выжимок с соломой и дертью зерновых культур и его пластическую деформацию и являются регуляторами его решений.

Для энергетической оценки процесса прессования и его оптимизации необходимо определить работу прессования. При этом работа на формирование гранул представляет собой сумму следующих составляющих

А=А1+А2+А3+А4, (4)

где АI - работа сжатия, затрачиваемая на упругие и пластические деформации прессуемого материала о стенки камер и вытеснение воздуха, Дж;

А 2 - работа сталкивания материала с плоских перемычек между отверстиями прессовальных камер матрицы, Дж;

А з - работа выталкивания спрессованного материала из каналов прессования, Дж;

А4- работа разламывания спрессованных монолитов материала на отдельные гранулы, Дж.

Работа сталкивания материала с плоских перемычек между отверстиями прессовальных каналов матрицы (А2) в значительной степени зависит от коэффициента живого сечения матрицы, т.е. от соотношения суммарной площади поперечного сечения прессовальных каналов к общей площади рабочей поверхности матрицы. Работа сталкивания как основной параметр энергетических затрат уменьшается с увеличением коэффициента живого сечения матрицы за счет минимизации размеров перемычек между прессовальными каналами на их входной части. При этом уменьшаются тепловые потери за счет сокращения пути перемещения массы по плоским перемычкам под давлением и затраты механической энергии на перемещение прессующим роликом материала, находящегося на перемычках под давлением. Таким образом, вся работа прессования состоит из отдельных этапов: сжатие корма, разгрузка, подпрессовка, выталкивание брикета.

Работа сжатия растительного материала описывается выражением

А, = 5 • Р ■ I, (5)

где 5 - площадь поперечного сечения камеры прессования, м2;

Р — удельное давление, Па;

Ь - перемещение поршня, м. При постоянном сечении камеры перемещение можно выразить через изменение плотности кормовой смеси:

где т - масса брикета, кг;

р - плотность кормовой смеси, кг/см .

/

Рг

А =тРо ]

Л

—р-со Ро _ |

\

Р

где рі и р2 - начальная и конечная плотность, кг/м ; со- угловая скорость зубчатых колес, с"1; Тогда удельная работа сжатия (приходящаяся на единицу массы прессуемого материала) будет

Ауь=Лу(р- Ро)]--

Р

>

где г - постоянная величина, Дж/кг;

у- интегральная показательная функция. Работа разгрузки брикета при отводе штемпеля:

^ раз = 5 Рраз^раз

(8)

(9)

Элементарное перемещение растительного материала в процессе разгрузки выражается через изменение его плотности

'-■раз —

Работа разгрузки брикета с учетом выражений (9) и (10) будет: Ара1 = тР0 ]

1Ю (Ро-Рра,)

1ІР

(10)

(И)

Крутящий момент, который развивается прессующим колесом, предопределяет сопротивление корма сжатию. При сближении и деформации частиц корма (рисунок 1), прессующие колеса встречают определенное сопротивление.

н

^—

Рисунок 1 - Схема подачи и сжатия кормовой смеси

Процесс сжатия смеси на основе яблочных выжимок можно представить в виде четырех этапов.

ч

/\

/ А > х/л4) V»

/ / у х /\ Xя \

1 / Г ) /у / \ \ 74

_1. i 1___

Рисунок 2 - Первый этап линеарного сжатия корма (

Пределы поворота колеса можно обозначить « -Р* , Время воздействия на корм равно:

f = <Р-<Р,.К. = А<Р

а , (12) где и - угловая скорость вращения колес, с"';

<р - угол трения кормовой смеси о цилиндрическую поверхность головок зуба колес, рад;

<Р з.к. ~~ Угол образования закрытой камеры, рад; ср\ - угол трения кормовой смеси по стали, рад.

Касательная сила определяется произведением удельного давления на площадь участка сжатия и коэффициент трения:

Т=Рср.В ■ гэ - А(р • f, (13)

где Рср - среднее давление сжатия, Мпа; В - ширина зубчатого колеса, м, гэ — радиус эвольвентной окружности, м; /- коэффициент трения. Давление сжатия кормовой смеси определяется по формуле:

(14)

Р = д{е"~ 1)>

где Р - действующее давление, МПа;

q - характеристика сопротивляемости корма сжатию, МПа; т- постоянная величина;

е = ——— - относительная деформация. Р

Среднее давление можно найти путем интегрирования формулы на первом участке (рисунок 2):

Р

г , (15)

где б! - относительная деформация на первом этапе сжатия.

Момент сопротивления вращению зубчатых колес на участке внешнего сжатия корма (рисунок 2) будет равен произведению Т на гэ (плечо сжатия):

Мх=— (ете> - )д • 5 • гэ2 • /

" . (16)

На втором этапе (рисунок 3) под зубом возникает замкнутое пространство, при этом характер сопротивления вращению зубчатых колес изменяется.

Рисунок 3 - Второй этап сжатия в закрытой камере ('Р"р ~1Рг ~)

Давление сжатия является величиной переменной до момента проталкивания кормовой смеси в канал прессования:

(17)

где е2 - относительная деформация на втором этапе сжатия.

Момент сопротивления на втором этапе равен:

т 2я , (18)

где I - длина эвольвентного участка зуба, сжимающего корм, м.

На третьем этапе (рисунок 4) происходит проталкивание кормовой смеси в матричный канал. Постоянными являются давление и плечо действующей силы, то есть радиус основной окружности.

Рисунок 4 - Третий этап прессования (

<Р

М,=с7(^-1)

) 4 п

(19)

где ср з к - угол проталкивания кормовой смеси, рад.

Проталкивание заканчивается в момент прохождения действующей межцентровой линии. Однако головка зуба продолжает сжимать корм. Наступает четвертый этап прессования (рисунок 5). Момент сопротивления вращению зубчатых колес на четвертом этапе прессования равен:

, ^ЬВгЬ<РгР2

, (20)

Мл

где а - напряжение сдвига сжатой кормовой смеси, МПа.

Рисунок 5 - Четвертый этап прессования.

Общий суммарный момент сопротивления вращению зубчатого колеса будет равен:

М = М)+Мг+Мг+Ма. ^ 2 ])

Вследствие неравномерного распределения давлений (напряжений) при уплотнении материалов плотность брикетов в различных точках также неравномерна.

Р = Рй +—-1п а

(22)

где а - коэффициент, зависящий от физико-механических свойств корма, имеющий размерность удельного объема м /кг;

Так как эта формула справедлива для любого объема навески, то ее можно распространить на любой элементарно малый объем материала внутри прессовки, заменяя при этом Р на соответствующее значение напряжения а для элементарного объема (точки)

= Ра + —1п а

А,+В02 +1 Лип^г + Дсси^Л/^

+1

(23)

где коэффициент бокового давления; А и В - постоянные уравнения; ц - коэффициент Пуассона; г - число зубьев колес;

г - внутренний радиус камеры прессования, м; г, - радиус элемента, находящегося под давлением, м. Это выражение указывает на аналогичность изменения плотности распределению напряжений по объему прессовки.

Для определения средней плотности в любом сечении по высоте прессовки выражение (23) представим в виде следующего уравнения:

ехр

/ \ 1

\аР<-рА А„ + В„г +

\ Рс "Ро 0 0 ч

• ^ С1Г» -_1_Г_ •

ЛБт 2 + вС05-——г г г

+1

(24)

Интегрируя обе части его по переменной г, в пределах 0<г,<г, получим формулу средней плотности кормов в сечении на высоте т:

р1 = ра+ — \п а

Га п \

Л +В0г

\

Ро

(25)

Из выражения 25 следует, что при а=0 (до начала сжатия) рг=р0, т.е. в начальный момент прессования плотность распределяется равномерно по всему объему насыпки, что соответствует действительности.

Производительность шестеренного гранулятора с равновеликими колесами в случае прессования смеси на основе яблочных выжимок представляется в виде:

2 = 25'к-и-р-г-к-п,кг/с, ^

где - площадь поперечного сечения прессовального канала, м2;

и - средняя скорость продвижения спрессованного монолита в прессовальном канале, м/с;

р - плотность спрессованного монолита в прессовальном канале,

кг/м3;

2 - количество отверстий в одном ряду зубчатого колеса; к - количество впадин в шестеренном колесе; и - частота вращения шестеренных колес, об/мин. Площадь поперечного сечения прессовального канала определяется по формуле: - для канала цилиндрической формы:

ж • £)2

4 (27)

- для канала прямоугольной формы:

(28)

Бк=а-Ь,

где й - диаметр прессовального канала, м;

а, Ь - стороны прессовального канала. Для обеспечения необходимой производительности и распределения материала прессования по всей ширине зубчатого колеса параметры подающего устройства должны соответствовать следующей зависимости:

<1 = А-В-Ус -ус,кг/с,

где А - ширина загрузочной горловины, м; В - ширина зубчатого колеса, м; Ус - скорость подачи кормовой смеси, м/с; У: - объемная масса смеси, кг/м3. Объемная масса смеси определяется по формуле:

Гс _ (у«иж -твыж)+{ус ■гпс)+(уд -тд)

Скорость подачи кормовой смеси определяется по формуле:

где Н— высота, с которой падает смесь в шестеренный гранулятор, м; g - ускорение свободного падения, м/с2; к/ - коэффициент истечения смеси.

(31)

В третьей главе представлен технологический процесс прессования яблочных выжимок с соломой и дертью зерновых культур шестеренным гранулятором. Приведены программы и методики экспериментальных исследований:

подготовка кормовой смеси и определение влажности; определение крошимо-сти гранул; измерение мощности привода и определение энергоемкости процесса гранулирования кормов; определение качества яблочного жома в зависимости от сроков и условий хранения; обоснование режима работы пресса.

Разработанная нами технология

Яблочные быжимки

Смешибание

Солома

Измельчение

Дозиробание

\Прессобание І

Сортирабка

Вентелиробание

I

Хранение

приготовления гранул из смеси яблочных выжимок с соломой и измельченной дертью зерновых культур шестеренным прессом состоит из операций (рисунок 6): подготовки смеси к прессованию, включающей измельчение соломы и дерти зерновых культур; дозирование каждого из компонентов смеси; совместное смешивание компонентов; собственно, прессования; сортировки и возврат крошки на смешивание; сушки гранул и хранения.

Рисунок 6 - Технологический процесс гранулирования смеси яблочных выжимок с соломой и измельченной дертью зерновых культур

Для проведения лабораторно -производственных опытов

использовалась разработанная в ФГОУ ВПО «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» лабораторная установка шестеренного гранулятора (рисунок 7).

Рисунок 7 - Лабораторная установка

Гранулятор зубчатого типа, закрепленный на раме 2 оснащен рабочими колесами 1 эвольвентного профиля, загрузочным бункером 3, редуктором 4 и электродвигателем 5 с ременной передачей. Привод пресса позволял менять частоту вращения зубчатых колес от 20 до 26 мин-1 с интервалом 3 мин-1 за счет установки шкивов разного диаметра.

ю б) каш г—«—рп

1 - прессующие колеса; 2 - канал прессования; 3 - разделительная реборда; 4 — боковые реборды; 5 - нож.

Рисунок 8-а) схема рабочего органа; б) рабочий орган гранулятора

Резка соломы осуществлялась ручным измельчающим устройством. Влажность яблочных выжимок и кормовой смеси на их основе определялась согласно общепринятой методике по формуле:

м„ - м, м

= —^-100% (32)

где: IV- влажность материала;

Мн - начальная масса навески, г;

Мк - масса навески после сушки, г.

Высушивание производилось в сушильном шкафу при температуре 105°С в течении 72 часов.

Взвешивание навесок производилось на лабораторных электронных весах ВМ-512М, имеющих предел взвешивания - 5 Юг, точность измерения - 0,01г, класс точности - II.

Крошимость гранул определялась в соответствии с требованиями ГОСТ 28497-90.

Мощность, развиваемую электродвигателем привода пресса, измеряли с помощью ваттметра самопишущего Н3096

Для проведения исследований были составлены общие и частные методики, включающие поиск основных факторов, влияющих на работу агрегата, и их значений. Согласно разработанной программе экспериментальные исследования проводились поэтапно в соответствии с таблицей:

Таблица 1 - Факторы и уровни их варьирования

Фактор Величина интервала

Длина резки соломы, мм ДО 10 11-30 31-41 41-60 61-80

Влажность яблочных выжимок, % 10 30 50 70 90

2-х компонентная смесь Соотношение компонентов по объему, солома/выжимки, % 70/3 Ов 60/40в 50/50в 40/60в 30/70в

Соотношение компонентов по объему, дерть/выжимки, % 70/3 Ов 60/40в 50/50в 40/60в 30/70в

3-х компонентная смесь Соотношение компонентов по объему, солома/дерть/выжимки, % 35/35/30в 30/30/40в 25/25/50в 20/20/60в 15/15/70в

Частота вращения матрицы, об/мин 17 20 23 26 29

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований изменения качества яблочного жома в зависимости от условий и сроков хранения; изменения крошимости гранул; расхода мощности.

На основании анализа данных, протекающих в яблочном жоме (Рисунок 9 - 12), можно сделать выводы, что процессы, протекающие в яблочных выжимках во время их хранения остановить без применения дополнительных технологических процессов довольно сложно. Созданные нами условия хранения яблочных выжимок позволяют лишь незначительно приостановить протекающие процессы. Следовательно, длительное хранение яблочных выжимок в сыром виде вызывает их порчу и усиливает негативное воздействие на окружающую среду. Поэтому после получения яблочных выжимок требуется их скорейшая переработка, что обеспечит сохранность минеральных веществ, углеводов, микроэлементов и не позволит увеличить кислотность.

Пвр,%

сутки

Рисунок 9 - Зависимость изменения массовой доли водорастворимого пектина Пер (%) в яблочных выжимках от условий и сроков их хранения.

сутки

Рисунок 11 - Зависимость изменения массовой доли влаги (%) в яблочных выжимках от условий и сроков их хранения

- в буртах на земле;

- в буртах на соломе;

- слой выжимок, накрытый соломой;

сутки

Рисунок 10 - Зависимость изменения массовой доли клетчатки (на абс. сухое вещество) к (%) в яблочных выжимках от условий сроков их хранения.

сутки

Рисунок 12 - Зависимость изменения активной кислотности рН в яблочных выжимках от условий и сроков их хранения

--слой выжимок, накрытый соломой;

--в буртах, накрытых пленкой;

-- замоченные в воде

Изменение крошимости гранул

Как известно, одной из важнейших характеристик гранул является их крошимость, которая определялась по соответствующей методике. В процессе исследований нами проводилось определение влияния влажности яблочных выжимок, а также добавление соломы разной длины резки и дерти зерновых культур на крошимость получаемых гранул.

I, мм

Рисунок 13 - Зависимость крошимости гранул X (%) от длины резки соломы 1 (мм)

Из полученной зависимости (см. рисунок 13) видно, что при увеличении размеров частиц соломы в смеси возрастает крошимость получаемых гранул. Наибольшая крошимость (X = 14,9 %) выявлена у гранул, которые были изготовлены из смеси яблочных выжимок с соломой длиной резки соломы / больше 30 мм. При прессовании смеси с частицами соломы I до 30 мм крошимость значительно уменьшается (Х= 2,4 - 7,5 %). Согласно ГОСТ 23513-79 допустимый предел крошимости составляет 12 %. Поэтому для получения гранул из смеси свежих яблочных выжимок с соломой, соответствующих ГОСТ 23513-79, необходимо использовать солому длиной резки менее 40 мм.

Рисунок 14 - Зависимость крошимости гранул X (%) от длины резки соломы / (мм) и влажности яблочных выжимок \¥в (%)

Анализ зависимостей на рисунке 14 показывает, что при прессовании смеси из яблочных выжимок разной влажности от 10% до 70% и соломы влажностью №'с = 10% длиной частиц от 10 до 60 мм крошимость получаемых гранул (Х,%) уменьшается при увеличении влажности яблочных выжимок до ^N=50%. Это связано с тем, что достаточное количество влаги в смеси сопутствует увеличению межмолекулярных связей компонентов смеси — склеиваемо-сти. При влажности яблочных выжимок \¥в более 50% крошимость повышается, так как в гранулах наблюдается переизбыток влаги. Отметим, что чем меньше размер частиц соломы, тем меньше крошимость, так как большие частицы соломы в процессе уплотнения смеси в прессовальных каналах недостаточно уплотняются, сохраняя свои упругие свойства. В дальнейшем солома распрямляется и разрушает гранулу, х, % 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

70/30В 60/40В 50/50В 40/60в 30/70В у,%

Рисунок 15 - График изменения крошимости получаемых гранул в зависимости от состава смеси

Из анализа кривых рисунка 15 видно, что при прессовании смеси из яблочных выжимок и соломы крошимость получаемых гранул выше, чем у гранул, получаемых при прессовании смеси яблочных выжимок с дертью зерновых культур, так как измельченный фураж обладает более высокими молекулярными связями, чем солома. Исходя из того, что крошимость не должна превышать 12%, следует, что из смеси дерти зерновых культур и яблочных выжимок получаются гранулы, соответствующие требованиям крошимости при любом соотношении компонентов. Гранулы из смеси соломы и яблочных выжимок соответствуют требованиям крошимости при соотношении 60/40в - 30/70в.

х,%

25 -

20 1 15 -

10 -50 •

10 20 30 40 50 60 70 У¥в,%

Рисунок 16 - Зависимость крошимости гранул X (%) от длины резки соломы / (мм), влажности яблочных выжимок \\'в (%) и частоты вращения матрицы п (об/мин)

Согласно рисунку 16, самые высокие значения крошимости получаемых гранул наблюдаются при прессовании смеси с частотой вращения матрицы и = 26 об/мин, а наименьшая крошимость - при и = 20 об/мин. Это объясняется тем, что при уменьшении частоты вращения матрицы время нахождения гранулы в прессовальном канале увеличивается, что приводит к усилению межмолекулярных связей в получаемой грануле.

На основании данных эксперимента можно рекомендовать для прессования смеси из яблочных выжимок влажностью Щ= 10 - 70% и соломы влажностью 1¥с = 10% длиной резки / = 11-30 мм использовать режим работы шестеренного гранулятора с частотой вращения прессующих колес и = 20 об/мин.

Расход мощности

Одним из важнейших параметров, характеризующим процесс прессования, является расход мощности, затрачиваемой на прессование, который определялся по соответствующей методике. В процессе исследований нами проводилось определения влияние влажности яблочных выжимок, а также добавление соломы разной длины резки и дерти зерновых культур, изменение частоты вращения прессующих колес гранулятора на расход мощности, затрачиваемой на прессование.

(, мм

Рисунок 17 - Зависимость расхода мощности Р (Вт) от длины резки соломы / (мм)

Из полученной зависимости (рисунок 17) видно, что с увеличением размера частиц соломы в смеси происходит увеличение расхода мощности на прессование. Отметим, что при прессовании смеси с частицами соломы / < 30 мм увеличение расхода мощности происходит незначительно. При прессовании смеси яблочных выжимок с более крупными фракциями соломы / >30 мм расход мощности, затрачиваемой на прессование, резко возрастает. Это объясняется тем, что крупные частицы соломы застревают в каналах прессования и на преодоление сопротивления соломы требуется гораздо больше мощности. Следовательно, при прессовании смеси из свежих яблочных выжимок влажностью 70 — 75% и соломы влажностью 10 - 12% различной длиной резки наименьший расход мощности при / <10 мм.

Рисунок 18 - Зависимость расхода мощности Р (Вт) от длины резки соломы / (мм) и влажности яблочных выжимок }¥в (%)

Расход мощности при прессовании смеси из яблочных выжимок различной влажности и соломой длиной резки / до 10 мм и /= 11-30 мм уменьшается при увеличении влажности яблочных выжимок, так как уменьшается сила трения в каналах прессования. Совершенно иная тенденция наблюдается при прессовании смеси из яблочных выжимок и соломы длиной резки / = 31-40 мм и / = 41-60 мм. Расход мощности возрастает с увеличением влажности яблочных выжимок. Большие частицы соломы забивают каналы прессования, что приводит к перерасходу мощности.

Р, Вт

Рисунок 19 - График изменения расхода мощности на получение гранул в зависимости от состава смеси

Как видно из графика, представленного на рисунке 19, на прессование смеси из яблочных выжимок и фуража требуется больше мощности, чем на прессование смеси из яблочных выжимок и соломы. При уменьшении процентного соотношения в смеси яблочных выжимок происходит повышение затрачиваемой мощности на процесс прессования, как в смеси их с соломой, так и в смеси с фуражом.

Р,Вт

Рисунок 20 - Зависимость расхода мощности Р (Вт) от размеров фракции соломы / (мм), влажности яблочных выжимок Же (%) и частоты вращения матрицы п (об/мин)

о

Из анализа кривых, представленных на рисунке 20, видно, что при увеличении скорости вращения прессующих колес происходит увеличение затрачиваемой на прессование смеси из яблочных выжимок и соломы мощности, так как возрастает интенсивность процесса прессования.

На основе анализа данных эксперимента можно рекомендовать для прессования смеси из яблочных выжимок различной влажности и соломы влажностью 1¥с = 10% длиной резки / = 11-30 мм использовать режим работы шестеренного гранулятора с частотой вращения прессующих колес п = 20 об/мин.

\«г.%70

60 50 40 30 20 10 о

О 20 40 60 80

Рисунок 21 - Изменение влажности гранул в зависимости от исходной влажности яблочных выжимок и соотношения компонентов смеси

Анализ изменения влажности получаемых гранул в зависимости от исходной влажности яблочных выжимок и соотношения компонентов смеси показывает, что при смешивании компонентов различной влажности суммарная влажность получаемых гранул уменьшается, так как проявляются абсорбирующие свойства соломы. Уменьшение влажности получаемых гранул также происходит за счет испарения во время технологических процессов.

В пятой главе представлено экономическое обоснование эффективности практического использования результатов исследования.

Таблица 2 - Сводные показатели экономической эффективности использования шестеренных прессов для производства гранулированных кормов из яблочных выжимок.____

№ п/п Показатели Обозначение Ед. измерения Значения показателей

1. Годовая выработка т/сезон 616

2. Трудоемкость процесса т чел./час 800,8

3. Эксплуатационные затраты всего, в том числе: Э3 тыс.руб. 190,5

оплата труда с отчислением на социальные нужды От тыс.руб./т 37,6

амортизационные отчисления А тыс.руб./т 31,96

затраты на ремонты и техобслуживание Рт тыс.руб./т 29,3

затраты на электроэнергию Э тыс.руб./т 74,3

прочие затраты П тыс.руб./т 17,3

4. Приведенные затраты всего П3 тыс.руб. 456,8

5. Годовой эффект Гэф тыс.руб. 985,7

6. Срок окупаемости капитальных вложений Ток лет 0,5

Приготовление кормовых гранул из яблочных выжимок на перерабатывающих предприятиях консервной промышленности шестеренным гранулятором позволяет достигнуть экономического эффекта в размере 985,7 тыс.руб./год при сроке окупаемости проекта 0,5 года.

Рекомендации к производству

1. Для получения гранул из смеси свежих яблочных выжимок целесообразно использовать солому длиной резки / < 45 мм при соотношении компонентов 50/50 %;

2. Для производства гранул из смеси яблочных выжимок влажностью We = 20...50%, хранившихся в естественных условиях, необходимо использовать солому длиной резки частиц / < 30 мм.

3. Для производства гранул с минимальными затратами энергии рекомендуется использовать следующий состав смеси: яблочные выжимки влажностью We < 30%; солома влажностью Wc = 10% и длиной резки I = 10-30 мм; измельченная дерть зерновых культур влажностью Wd не более 15% в соотношении компонентов по объему - 50% яблочных выжимок, 25% соломы, 25% дерть зерновых культур; с частотой вращения прессующих колес п = 20 об/мин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Яблочные выжимки в настоящее время не используются, так как не обоснованы технологии и средства механизации их переработки. Применяемые предприятиями методы утилизации пищевых отходов приводят к загрязнению окружающей среды. Необходимо разработать технологию и машины для эффективного использования яблочных выжимок.

2. Как показали исследования, длительное хранение яблочных выжимок в сыром виде вызывает их порчу и усиливает их негативное воздействие на окружающую среду, максимальное снижение качества яблочных выжимок наблюдается в первые 20 дней, поэтому после получения яблочных выжимок требуется их скорейшая переработка, что обеспечит в них сохранность питательных веществ, углеводов, микроэлементов, а также снижение кислотности.

3. Существующее оборудование для прессования сельскохозяйственных материалов имеет ряд недостатков: высокую энергоемкость, так как для получения гранул нужного качества требуется создание высокого давления в прессовальной камере, что приводит к большому количеству выделяемой теплоты и, как следствие, ухудшению качества прессуемых материалов; процесс прессования требует предварительного тонкого измельчения прессуемого материала, для чего необходимо дополнительные операций и расходование мощности. Существующие прессы практически не могут использовать яблочные выжимки, получаемые после выдавливания сока, без добавления дополнительных компонентов. Наиболее перспективной для прессования яблочных выжимок является технология с добавлением к выжимкам дерти зерновых культур и измельченной соломы с использованием шестеренных прессов.

5. Крошимость гранул снижается при уменьшении влажности яблочных выжимок, относительной длины соломы, уменьшения частоты вращения прессующих колес и достигает требуемой величины при использовании яблочных выжимок 1¥в < 30%, соломы / < 35 мм. Мощность, потребляемая на прессование смеси на основе яблочных выжимок, увеличивается при увеличении в смеси количества дерти и соломы.

6. Напряжения, возникающие при уплотнении материала, и плотность брикета в различных точках при прессовании шестеренным гранулятором распределяются неравномерно. Получены аналитические зависимости, позволяющие определять напряжения в любой точке брикета при его формировании. Подача материала в камеру прессования за счет сил трения может быть повышена за счет оптимизации величины и размеров компонентов смеси и скорости вращения прессующих колес. Предложены выражения для максимальной подачи в зависимости от указанных параметров. Экспериментальные исследования подтверждают результаты и рекомендации теоретических выводов.

7. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований установлено, что при использовании шестеренных грануляторов наилучшее качество гранул и лучшие энергетические показатели получаются при гранулировании свежих яблочных выжимок с соломой влажностью не более 10...12% и длиной резки до 30 мм, соотношением компонентов смеси по объему: зерновой дерти 30%, соломы 30%, яблочных выжимок 40%, при частоте вращения прессующих колес 20 об/мин.

8. Приготовление кормовых гранул из яблочных выжимок на перераба-ты-вающих предприятиях консервной промышленности шестеренным грануля-то-ром позволяет достигнуть экономического эффекта в размере 985,7 тыс.руб./год при сроке окупаемости проекта 0,5 года.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Статьи в eedyufux рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК России

1. Беляев Д.А. Изменение крошимости гранул, получаемых при прессовании отходов консервной промышленности в шестеренных грануляторах [Текст] / Д.А. Беляев // Вестник МичГАУ, №1, Ч. 1, 2012 г., с. 186.

2. Беляев Д.А. Изменения расхода мощности при прессовании отходов консервной промышленности [Текст] / Д.А. Беляев // Вестник МичГАУ, №1, Ч. 1,2012 г., с.167.

3. Беляев Д.А. Исследование различных способов хранения отходов консервной промышленности в шестеренных грануляторах [Текст] / Д.А. Беляев // Вестник МичГАУ, №1, Ч. 1,2012 г., с.176.

Публикации в других изданиях и материалах конференций

4. Беляев Д.А. Прессование отходов консервной промышленности в шестеренных грануляторах // Инновационные технологии производства, хранения и переработки плодов и ягод: матер, науч.-практ. конфер., 5-6 сентября 2009 г. в рамках IV-й Всероссийской выставки «День садовода-2009». - с. 187-189.

5. Беляев Д.А. Исследования процесса прессования в шестеренных грануляторах кольцевого типа // Инновационные технологии производства, хранения и переработки плодов и ягод: матер, науч.-практ. конфер., 4-5 сентября 2007 г. в рамках Ш-й Всероссийской выставки «День садовода-2007». -с.163-164.

6. Беляев Д.А. Результаты исследований химического состава яблочных выжимок // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета -Мичуринск, 2007, Т. 1, с. 38-40.

7. Беляев Д.А. Методика определения качества яблочного жома в зависимости от сроков и условий хранения [Текст] / Д.А. Беляев // Перспективные технологии и технические средства в АПК: Материалы науч.-практич. конф. (15-16 ноября 2007 г.) / Мичуринский гос. аграрн. ун-т. - Мичуринск: Изд.-во МичГАУ, 2008. - С. 16-24.

8. Беляев Д.А. Зависимость изменения влажности получаемых гранул от исходной влажности яблочных выжимок и соотношения компонентов смеси [Текст] / Д.А. Беляев // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета. - 2009. - №2. - С. 51-54.

Отпечатано в издательско-полнграфическом центре МичГАУ

Подписано в печать 07.06.13г. Формат 60x84 V |6, Бумага офсетная № 1. Усл.печ.л. 1,5 Тираж 100 экз. Ризограф Заказ № 17393

Издательско-полиграфический центр Мичуринского государственного аграрного университета 393760, Тамбовская обл., г. Мичуринск, ул. Интернациональная, 101, тел. +7(47545)5-55-12

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МИЧУРИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

На правах аФкописи Ги?ППАПЧ9Ч г г/

Беляев Дмитрий Александрович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ИССЛЕДОВАНИЕ ШЕСТЕРЕННОГО ПРЕССА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОРМОВЫХ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ ЯБЛОЧНЫХ ВЫЖИМОК

Специальность 05.20.01- Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, академик РАСХН А. И. Завражнов

Мичуринск - наукоград РФ, 2013

РЕФЕРАТ

Диссертация содержит 130 машинописные страницы, 36 иллюстраций, 18 таблиц, 6 приложений. Список используемой литературы включает 148 наименований.

Ключевые слова: яблочные выжимки, солома, дерть зерновых культур, прессование, шестеренный гранулятор, гранулы, кислотность, влажность, крошимость, расход мощности, режимы работы, зависимость, оптимизация, эффективность.

Цель работы. Повышение эффективности использования яблочных выжимок для кормовых целей путем совершенствования технологии и технических средств прессования их в смеси с соломой и дертью зерновых культур.

Объект исследований. Технологический процесс прессования яблочных выжимок в смеси с соломой и дертью зерновых культур в шестеренных прессах.

Предмет исследований. Закономерности рабочего процесса гранулирования смеси из яблочных выжимок, соломы и дертью зерновых культур шестеренным прессом.

Исследованы теоретические основы использования шестеренных прессов для приготовления гранул из смеси яблочных выжимок, соломы и дерти зерновых культур

Выявлены зависимости процесса прессования смесей, включающих влажные компоненты, в том числе яблочные выжимки.

Разработан энергосберегающий технологический процесс прессования смеси из отходов перерабатывающей промышленности, включающей яблочные выжимки, солому и дерть зерновых культур с помощью шестеренного пресса.

Дана оценка экономической эффективности практического использования результатов исследования.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................6

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И РАЗВИТИЯ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ..............................................................................12

1.1 Использование отходов пищевой промышленности АПК..........................12

1.1.1 Вторичные сырьевые ресурсы в АПК................................................12

1.1.2 Основные направления использования вторичных сырьевых ресурсов.......14

1.1.3 Отходы плодоовощной промышленности. Номенклатура, классификация, переработка.......................................................................................14

1.2 Обзор и сравнительная оценка существующих технологий консервирования растительных кормов...........................................................................19

1.3 Технологии заготовки гранулированных кормов.....................................24

1.4 Обзор конструктивных схем прессов для кормов....................................26

1.5 Выводы по разделу..........................................................................39

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПРЕССОВАНИЯ ЯБЛОЧНЫХ ВЫЖИМОК В СМЕСИ С ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ СОЛОМОЙ И ДЕРТЬЮ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР...........................................................40

2.1 Физико-механическая модель смеси для прессования на основе яблочных выжимок...........................................................................................40

2.2 Физический механизм сжатия смеси из яблочных выжимок с соломой и дертью зерновых культур......................................................................42

2.3 Анализ работы сжатия смеси яблочных выжимок с соломой и дертью зерновых культур.................................................................................47

2.4 Момент сопротивления сжатия смеси в межзубовом пространстве прессующих колес шестеренного гранулятора на различных этапах прессования........................................................................................50

2.5 Оценка производительности шестеренного гранулятора...........................57

2.6 Выводы по разделу..........................................................................58

3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРЕССОВАНИЯ, ПРОГРАММА И

МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ........................59

ЗЛ Технологический процесс прессования смеси яблочных выжимок с соломой и измельченной дертью зерновых культур шестеренным гранулятором...............59

3.2 Программа экспериментальных исследований.......................................63

3.3 Методика подготовки кормовой смеси и определения влажности................64

3.4 Методика определения крошимости гранул...........................................66

3.5 Методика измерения мощности привода и определения энергоемкости процесса гранулирования кормов.............................................................67

3.6 Методика определения качества яблочного жома в зависимости от сроков и условий хранения................................................................................68

3.7 Показатели процесса работы гранулятора.............................................69

3.8 Методика исследований, обработки и анализа научных данных..................69

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ....................73

4.1. Изменение качества яблочного жома в зависимости от условий и сроков хранения...........................................................................................73

4.1.1 Зависимость изменения массовой доли водорастворимого пектина Пер (%) в яблочных выжимках от условий и сроков их хранения..................................73

4.1.2 Зависимость изменения массовой доли водонерастворимого пектина Пен (%) в яблочных выжимках от условий и сроков их хранения................................76

4.1.3 Зависимость изменения массовой доли влаги ¡¥(%) в яблочных выжимках от условий и сроков их хранения.................................................................77

4.1.4 Зависимость изменения массовой доли клетчатки к (%) (на абс. сухое вещество) в яблочных выжимках от условий и сроков их хранения..................78

4.1.5 Зависимость изменения активной кислотности рН в яблочных выжимках от

условий и сроков их хранения.................................................................80

4.2 Изменение крошимости гранул........................ ...................................81

4.2.1 Зависимость крошимости гранул Х(%) от длины резки соломы / (мм).......81

4.2.2 Зависимость крошимости гранул Х(%) от длины резки / (мм) и влажности яблочных выжимок Же (%)...................................................................83

4.2.3 Зависимость изменения крошимости получаемых гранул от состава

смеси...............................................................................................84

4.2.4 Зависимость крошимости гранул Х(%) от влажности яблочных выжимок (%) и частоты вращения матрицы п (об/мин)..............................................85

4.3 Расход мощности............................................................................87

4.3.1 Зависимость расхода мощности Р (Вт) от длины резки соломы / (мм)........87

4.3.2 Зависимость расхода мощности от длины резки соломы и влажности яблочных выжимок...............................................................................89

4.3.3 Зависимость изменения расхода мощности на получение гранул от состава

смеси................................................................................................89

4.3.4. Зависимость расхода мощности Р (Вт) от влажности яблочных выжимок Шв (%) и частоты вращения матрицы п (об/мин)..............................................91

4.4 Зависимость изменения влажности получаемых гранул от исходной влажности яблочных выжимок и соотношения компонентов смеси................................92

4.5 Результаты оптимизации физико-механических свойств исходной кормовой смеси на основе яблочных выжимок.........................................................93

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..........................................

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ..........................................

105 120

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Эффективность животноводства во многом обусловлена обеспеченностью животных кормами соответствующего качества. Практика показывает, что затраты на производство продукции на 60... 70 % определяются их стоимостью. Поэтому энергетические затраты кормопроизводства на пути от поля до кормушки должны быть оправданы получением соответствующего конечного продукта. Здесь на первый план выходят показатели энергетической эффективности производства кормов.

Энергоемкость является одним из важнейших показателей эффективности кормопроизводства на современном этапе. Ыа его основе должна производиться энергетическая и биоэнергетическая оценка соответствующих технологий, машин, оборудования [25].

В животноводстве биологические объекты вместе с техническими средствами образуют биоэнергетическую систему, основанную на использовании мощности живых организмов, а также потреблении ее для заготовки, приготовления кормов, обслуживания животных. Значительное количество получаемой организмом мощности затрачивается на усвоение и обмен питательных веществ, и лишь небольшая часть первоначально потребленной является «полезной», то есть переходит в конечный продукт.

В процессе его производства в результате воздействия на материал рабочих органов машин, включенных в поточно-технологическую линию (ПТЛ) и выполняющих одну или несколько последовательных операций, энергия, подводимая к ним, расходуется на изменение физических свойств обрабатываемого материала. Происходит превращение ее движения в потенциальную энергию, которая накапливается в обрабатываемой массе. Этот процесс оценивается показателем энергонасыщенности конечного продукта, выраженным в единицах удельной мощности (МДж/т; кВтч/т), который характеризует его способность сопротивляться внешнему воздействию рабочих органов машин [50].

В настоящее время в сельскохозяйственном производстве произошли большие организационные изменения. Наряду с коллективными хозяйствами действуют различные акционерные общества, фермерские и крестьянские хозяйства. В этих условиях повышение производства качественной животноводческой продукции наиболее важно. Учитывая трудности финансирования и материально-технического оснащения, делать это можно прежде всего за счет ресурсосбережения [94].

Учитывая, что корма являются одним из важнейших факторов, влияющих на производство продукции животноводства, их производство и реализация является актуальнейшей задачей. Корма необходимо приготавливать в виде, обеспечивающем легкую усвояемость питательных веществ и использование их организмом животного с максимальной отдачей[49].

Оптимальные результаты достигаются при этом за счет сбалансированного кормления животных и дополнительных затрат на расширение кормовой базы. Использование, например, для крупного рогатого скота полнорационных смесей позволяет сэкономить 10... 15 % кормов, повысить надои коров на 5...9 %, поднять прирост массы у молодняка на откорме на 10... 15 % в сравнении с показателями при поочередном скармливании каждого компонента рациона[63].

Таким образом, возникает задача получения достаточного количества доброкачественных кормов с наименьшими материальными, энергетическими и трудовыми затратами.

Поэтому в основу совершенствования технологий и технических средств следует положить разрешение противоречий между получением высококачественных кормов и большими затратами материальных, энергетических и трудовых ресурсов. Главный путь их преодоления — поиск ресурсосберегающих технологий и средств механизации в кормопроизводстве. Актуальность этой задачи еще более возрастает в связи с переходом сельского хозяйства на рыночные отношения, когда закупочные цены на продукцию животноводства остаются крайне низкими по отношению к ее себестоимости, а последняя напрямую зависит от себестоимости получаемых кормов[94].

Одним из важнейших направлений снижения себестоимости кормов и повышения их качества является необходимость использования отходов пищевой промышленности.

Пищевая промышленность, перерабатывающая большие массы растительного сырья, является крупным источником вторичных материальных ресурсов. Так, консервная промышленность перерабатывает значительное количество скоропортящейся плодоовощной продукции. Средний коэффициент использования сырья в консервной промышленности равен 19%, вторичные сырьевые ресурсы составляют 21%[130].

Например, при переработке картофеля образуются отходы в виде некондиционных клубней, кожуры, мезги, кусочков картофеля в виде срезов с клубней, полуклейстеризованных очисток после пароводотермической обработки картофеля. Они содержат значительные количества крахмала и могут быть использованы для его производства. Оставшаяся после извлечения крахмала мезга отжимается на прессе и используется на корм скоту[81].

Отходы переработки свеклы при чистке, мойке и резке составляют 19%. Они содержат до 20% сахара и могут быть также использованы для производства кормов.

Отходы переработки моркови могут быть использованы как сырье для производства витаминных концентратов каротина. Выход сухого препарата составляет 0,56% к массе сырых отходов и может использоваться в питании племенного поголовья[46].

Проводимые исследования по силосованию яблочных выжимок показали удовлетворительные результаты, но для силосования необходимы большие по площади, долгосрочные капитальные хранилища. Хорошие результаты дает сушка отходов на агрегатах АВМ, однако термические способы обработки требуют значительных капиталовложений, а также больших энергетических затрат[59,118].

Для выхода из создавшегося положения необходимо внедрение таких технологий, при которых обеспечивается наибольшая сохранность питательной

ценности с минимальными энергозатратами. Одна из таких технологий -прессование яблочных выжимок с соломой и измельченной дертью зерновых культур

Цель работы. Повышение эффективности использования яблочных выжимок для кормовых целей путем совершенствования технологии и технических средств прессования их в смеси с соломой и дертью зерновых культур.

Задачи исследований:

- провести анализ существующих технологий и машин для прессования растительных кормов в АПК;

- провести теоретические исследования процесса прессования кормовых смесей с добавлением яблочного жома шестеренным гранулятором;

- разработать и обосновать технологический процесс для прессования яблочных выжимок в смеси с соломой и дертью зерновых культур;

- экспериментально определить наилучшие параметры процесса прессования смеси яблочных выжимок с соломой и дертью зерновых культур;

- дать экономическую оценку предлагаемой технологии с использованием экспериментального пресса.

Научную новизну составляют:

1.Теоретическое обоснование использования шестеренных прессов для приготовления гранул из смеси яблочных выжимок, соломы и дерти зерновых культур;

2.Выявленные закономерности процесса прессования смесей, включающих влажные компоненты, в том числе яблочные выжимки.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в разработке энергосберегающего технологического процесса гранулирования смеси из отходов перерабатывающей промышленности для кормовых целей, включающей яблочные выжимки, солому и дерть зерновых культур с помощью шестеренного пресса.

Объект исследований. Технологический процесс прессования яблочных выжимок в смеси с соломой и дертью зерновых культур в шестеренных прессах.

Предмет исследований. Закономерности рабочего процесса гранулирования смеси из яблочных выжимок, соломы и дертыо зерновых культур шестеренным прессом.

Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов. Методика исследований основана на применении современного оборудования и измерительных приборов. Теоретические исследования были выполнены, основываясь на законах механики и методах математического моделирования.

Экспериментальные исследования и определение физико-механических свойств яблочных выжимок и гранул проводились в соответствии с действующими ГОСТами, ОСТами и с использованием методики планирования экспериментов. При обработке экспериментальных данных были использованы методы математической статистики с применением современных средств вычислительной техники и стандартных ЭВМ-программ. Результаты теоретических исследований подтверждены экспериментальной проверкой на лабораторных и опытно-производственной установках.

На защиту выносится результаты:

- анализа существующих технологий консервирования растительных кормов и основных направлений использования вторичных сырьевых ресурсов;

- исследований качества яблочного жома в зависимости от сроков и условий хранения;

- обоснования технологического процесса прессования смеси яблочных выжимок с соломой и измельченной дертью зерновых культур шестеренным гранулятором;

- теоретических исследований процесса прессования смесей на основе яблочного жома в шестеренных грануляторах;

- экспериментальных исследований и рекомендации по выбору компонентов, их соотношении и свойств, необходимых для получения гранул необходимого качества;

- экономического обоснования эффективности практического использования результатов исследования.

и

Апробация работы. Результаты исследований были доложены, обсуждены и получили положительную оценку на международной научно - практической конференц