Введение к работе
Актуальность темы. Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008...2012 годы Правительством РФ утверждена программа ускоренного развития животноводства и его опорной базы -кормопроизводства. Анализ показывает, что уровень производства кормов в России не обеспечивает потребностей животноводства. Так, по данным Минсельхоза РФ, производство комбикормов составляет менее 50% требуемого, а корнеклубнеплодов - около 25%. Дефицит этих видов кормов является системным ввиду несоответствия между возрастающими потребностями в них и технологиями их заготовки.
В уборочный период в хозяйствах накапливаются некондиционные продукты от первичной переработки урожая зерна и корнеклубнеплодов, которые также могут служить полезными кормами. Эти некондиционные материалы не подлежат длительному хранению в натуральном виде. Поэтому их целесообразно измельчать, смешивать, брикетировать и сушить. Полученные зернокорнеклубнешюдные кормовые брикеты выдерживают длительное хранение и могут быть использованы в рационе кормления животных в зимний период при недостатке свежих корнеплодов и комбикормов.
До настоящего времени в кормопроизводстве брикетировались лишь волокнистые сеносоломистые и зернотравяные кормовые смеси с исходной технологической влажностью не более 15%. Технологии брикетирования сухих смесей базируются на использовании технических средств в виде штемпельных, вальцовых и экструдерных грануляторов и брикетириовщи-ков, действующих по принципу нагнетания волокнистых кормовых смесей в открытую конусную матрицу. Однако, они не пригодны для брикетирования кормовых смесей, содержащих зерновую дерть и измельченные корнеклубнеплоды, имеющие технологическую влажность 44...50%. Такие смеси до настоящего времени в кормопроизводстве в виде брикетов не применялись.
Одним из способов решения этой проблемы является виброкомпрессионное сжатие зернокорнеклубнеплодных кормосмесей с использованием вибропрессового оборудования, предназначенного для изготовления дорожных элементов мощения. Осенью в период уборки сельскохозяйствен-
ных культур заказы на изготовления дорожных элементов мощения резко снижаются и вибропрессовое оборудование практически простаивает.
В связи с изложенным исследование процесса брикетирования зернокорнеклубнеплодных кормосмесей на вибропрессовом оборудовании, включая определение рациональных режимов его работы, является актуальной задачей.
Объектом исследования является зернокорнеклубнеплодная смесь влажностью 44 - 50%.
Предметом исследования является технология смешивания, объемного дозирования, формования зернокорнеклубнеплодной смеси в брикеты прессования на базе вибропресса ПТ-11 и сушки.
Цель работы: разработка технологии и технических средств для изготовления зернокорнеклубнеплодных кормовых брикетов из фуражного зерна и некондиционных корнеплодов для животных с длительным сроком хранения.
Задачи исследования состояли в том, чтобы:
теоретически исследовать динамику рабочих органов и обосновать рациональный технологический режим изготовления кормовых брикетов из зернокорнеклубнеплодных гомогенных кормовых смесей, в том числе процесс заполнения ячеек матрицы кормовой смесью на вибропрессовом оборудовании;
экспериментально проверить теоретические результаты на вибропрессовом оборудовании ПТ-11.
на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований организовать опытное производство и в хозяйственных условиях провести производственную проверку теоретических и экспериментальных выкладок изготовления из зернокорнеклубнеплодных смесей кормовых брикетов на вибропрессе ПТ-11, определить эксплуатационно-технологические показатели оборудования для изготовления брикетов.
дать экономическую оценку эффективности технологии производства кормовых брикетов из зернокорнеклубнеплодных смесей для скармливания животным, включая маркетинговые исследования потребительского рынка кормовых брикетов в КЧР и расчет коммерческого эффекта для потребителей брикетов.
Методика исследований. Анализ оборудования для брикетирования
кормов проведен методом двухкорневого квазиупорядоченного графа. Теоретические исследования проводились с применением: методологии исследования реологии сыпучих сред. Дифференциальные уравнения движений рабочих органов и их решения осуществлялись с помощью компьютерной математической программы «Matlab-6».
В экспериментальных исследованиях применены классические и оригинальные методики. Для решения оптимизационных задач применен метод многофакторных экспериментов и вариационно-регресионный анализ. При определении экономических показателей применена методика экономической оценки новых технологических процессов в сельском хозяйстве, рекомендованная Российской академией сельскохозяйственных наук (РАСХН).
На защиту выносятся:
математическая модель процесса брикетирования кормовых смесей, включающая реологическую модель и модель уплотнения кормосмеси в брикеты на вибропрессовом оборудовании ПТ-11;
регрессионная модель оптимизации заполнения ячеек матрицы зерно-корнеклубнеплодной кормовой смесью;
результаты экспериментов по уплотнению зернокорнеклубнеплодной гомогенной кормовой смеси;
результаты хозяйственных испытаний по изготовлению зернокорнек-лубнеплодных брикетов на базе вибропресса ПТ-11;
маркетинговые исследования потребительского рынка кормовых брикетов в КЧР, хозрасчетная (коммерческая) эффективность новой технологии у производителя и потребителя брикетов.
Научная новизна:
- разработана математическая модель уплотнения кормосмесей, в част
ности, получено уравнение водного баланса двухкомпонентных смесей и
найдено математическое выражение зависимости между временем пере
мешивания компонентов и равномерностью их распределения в объеме
смеси;
разработана математическая модель заполнения ячеек матрицы объемным дозатором, оснащенным инерционным разрушителем сводов, в виде уравнения регрессии, адекватно описывающего процесс;
установлены закономерности влияния вибрации на процесс измене-
ния реологических свойств зернокорнеклубнешюдной гомогенной кормовой смеси;
- создан способ брикетирования кормовых смесей влажностью 40% на
вибропрессовом оборудовании, подтверждённый патентом на изобретение.
Практическая ценность результатов исследования заключается:
в разработке и внедрении рекомендаций по производству кормов в виде брикетов из зернокорнеклубнеплодных смесей для животных;
в разработке и внедрении инерционного сводоразрушителя раздаточного устройства агрегата для формования изделий из гомогенных кормовых и бетонных смесей;
в технологических рекомендациях по применению двух стадийной сушки брикетов с промежуточной их отлежкой между стадиями процесса;
в расчете циклограммы работы оборудования по производству зернокорнеклубнеплодных кормовых брикетов;
в разработке плана размещения технологического оборудования цеха для изготовления кормовых брикетов.
Реализация результатов работы.
Результаты теоретических исследований, экспериментов и хозяйственных испытаний использованы изготовителем вибропрессового оборудования ОАО «Завод «Красная Пресня», г. Москва. Техническое решение, описанное в патенте на изобретение № 2288837, применено в серийно выпускаемых вибропрессах СДК-1, ЛП-300 и ЛП-500. Разработанные технологические рекомендации по производству корма в виде брикетов из зернокорнеклубнеплодных смесей для животных (патент на изобретение №2296472) вписаны в паспорт вибропрессов, выпускаемых ОАО «Завод «Красная Пресня», г. Москва. Агрофирмой «Джаше», г. Усть-Джегута, КЧР, в 2006 г. создан участок для изготовления зернокорнеклубнеплодных кормовых брикетов и реализации их населению. За период 2007-2008 гг. в фирме произведено более 200 тонн зернокорнеклубнеплодных кормовых брикетов.
ООО «Скиф» село Красногвардейское Ставропольского края используют инерционный разрушитель сводов, представленный в патенте на изобретение № 2288837, при формовании строительных элементов мощения дорог. Техническая документация участка и результаты НИР для производства зернокорнеклубнеплодных брикетов переданы этой фирме в соот-
ветствии с хоздоговором.
Опытное кормление коров в течении 180 дней зимнего стойлового периода с включением в рацион зернокорнеклубнеплодных брикетов вместо свежих корнеплодов дало положительные результаты.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований по теме диссертации доложены и одобрены: на ученом совете КЧР НИИСХ РАСХН (2007 г.); на научно-практической конференции Ставропольского сельскохозяйственного университета (2007 г.); на НТС СКБ по вибропрессам ОАО «Завод «Красная Пресня» (г. Москва, октябрь 2007 г., сентябрь 2008 г.); на расширенном заседании Минсельхоза КЧР (г. Черкесск, ноябрь 2007 г.); основные положения и результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на научно-практических конференциях ФГОУ ВПО РГАЗУ в период 2008 - 2009 гг. Образцы зернокорнеклубнеплодных кормовых брикетов вместе с вибропрессом ПТ-11 демонстрировались на 14-й международной выставке «Стройиндустрия и Архитектура» 23-27 октября 2006 г, на выставке ВВЦ «Золотая осень» 10-14 октября 2008 г., г. Москва.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 9 научных статей, в том числе 3 в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК, и 2 патента на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и предложений, Она изложена (146) страницах, включает (59) рисунка, (36) таблиц и список использованной литературы из 89 наименований.
