CC BY
26
Vestnik OmskSAU, 2022, no. 1(45) PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS
Научная статья
DOI 10.48136/2222-0364 2022 1 139
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМБИКОРМА И ЕГО ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ
И.Л. СЕИДОВА
НИИ «Агромеханика», Гянджа, Азербайджан, https://orcid.org/0000-0002-3063-7948
Аннотация. Отмечена важность кормления животных полнорационными комбикормами, так как на долю комбикормов приходится 50-55% стоимости получаемой продукции в молочных хозяйствах, 65-70% - в мясных. Для животных важно не только количество корма, но и его качество, которое определяется питательными веществами. Используются различные растительные, животные и минеральные корма, которые готовят в легкоусвояемой форме, чтобы избежать отрицательного влияния на здоровье животных и качество продукции. В настоящее время животноводство республики работает за счет мелких фермеров. Применяемая в хозяйствах маломеханизированная техника и технические средства выполняют ограниченное количество операций. Цель приготовления кормов - повышение их усвояемости, переваримости, улучшение технологических свойств и обезвреживание. Кроме того, в кормах не должно быть примесей, которые могут отрицательно сказаться на здоровье животных или качестве корма. При приготовлении кормов значительно расширяется использование различных отходов как сельского хозяйства, так и других отраслей промышленности. Возникает необходимость использования крупных, полностью механизированных и автоматизированных производственных комплексов для решения первоочередных задач.
Ключевые слова: равномерность дозирования, животноводство, конструктивно-технологическая схема, частота вращения, белково-витаминные добавки, зерновые смеси, дозатор-смеситель
Original article
PHYSICO-MECHANICAL PROPERTIES OF COMPOUND FEED AND ITS MAIN COMPONENTS
I.A. SEIDOVA
Scientific - research institute "Agromechanics", Ganja, Azerbaijan, https://orcid.org/0000-0002-3063-7948
Abstract. The importance of feeding animals with complete feed should be noted, since the share of compound feed accounts for 50-55% of the cost of the products obtained in dairy farms, and 65-70% in meat farms. For animals, not only the quantity of feed is important, but also its quality, which is determined by the nutrients in the feed. Various vegetable, animal and mineral feeds are used for animal feeding. Before feeding to animals, these feeds are specially prepared and given to animals in an easily digestible form that does not adversely affect their health and product quality. Currently, the livestock industry of the republic works at the expense of small farmers. Although the breeding of these animals is organized in the farms, most of the technological processes, especially the preparation and distribution of feed, the cost of hand-made product is high, and productivity becomes less. The low-mechanized equipment and technical means used here perform a limited number of operations. The purpose of feed preparation is to increase their digestibility and absorption of nutrients, to improve their technological properties and neutralization. In addition, there should be no impurities in the feed that can adversely affect the health of animals or the quality of feed. At the same time, the use of various wastes from both agriculture and other industries in the preparation of feed is significantly expanding. Thus, there is a need to use large, fully mechanized and automated production complexes to solve priority tasks.
Keywords: uniformity of dosing, animal husbandry, design and technological scheme, rotation speeds, protein and vitamin supplements, grain mixtures, dispenser-mixer
© Сеидова И.А., 2022
Vestnik Omsk SAU, 2022, no. 1(45) PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS
Введение
Одним из главных приоритетов экономики Азербайджана является развитие аграрного сектора в соответствии с современными требованиями. Важное значение имеет животноводство и обеспечение населения продуктами животноводства. Улучшение породного состава животных и стимулирование предпринимательства в стране, а также обеспечение непрерывности выполняемых работ в животноводстве, достижение оптимальной себестоимости производимой продукции, эффективного производства кормов находятся в постоянном центре внимания. Эффективными в кормлении крупного рогатого скота считаются различные кормосмеси, что обусловлено их объемом и питательностью. Максимальное соответствие рационов требованиям полноценного сбалансированного питания влияет на продуктивность животных. Продуктивность животных также зависит от состояния кормовой базы в хозяйстве, т.е. от возможности обеспечить кормами с учетом возраста и продуктивности.
Крайне важна правильная организация кормления на основе механизированной технологии. С преобразованием системы хозяйствования постепенно изменяется система хозяйственного управления. Возникает проблема технического обеспечения хозяйств малогабаритным оборудованием для механизации процессов животноводстве [3-5]. Дозирование и смешивание компонентов крупяных смесей, а также создание дозирующих и смешивающих агрегатов является одной из основных задач, стоящих перед отечественными и зарубежными учеными. Необходимо сказать, что для дозирования компонентов крупяных смесей в основном используют как однокомпонентные, так и многокомпонентные дозаторы. При производстве комбикормов применяют различные технические средства с целью повышения качества, такие как дозаторы, мешалки, измельчители, а также установки специального назначения. Средства, которыми обеспечены животноводческие хозяйства, в особенности установки для производства зерновых кормов, в основном не соответствуют зоотехническим требованиям, а использование оборудования (шнеков и мешалок с лопастями) требует больших энергозатрат. Производство комбикормов в животноводстве включает несколько операций, которые выполняются в определенной последовательности: корма измельчают, дозируют, а затем смешивают, добавляя концентраты [7; 8; 10].
Необходимо предусматривать как основные, так и дополнительные процессы производства комбикормов. К основным операциям относят дозирование комбикормов, их измельчение, а систему доставки транспортными средствами, хранение - к вспомогательным [3; 6; 10].
Так, основной технологической операцией при производстве кормовых смесей является дозирование компонентов с необходимой точностью и перемешивание до однородного состояния. Эта операция во многом определяет качество продукции и, следовательно, эффективность потребления кормов. Хороший сгенерированный компьютером рецепт может не обеспечить желаемой эффективности корма из-за высокой погрешности измерения и непоследовательного смешивания компонентов [3; 10].
Неточное дозирование компонентов снижает пищевую и биологическую питательность кормовых смесей, а избыток дорогостоящих компонентов приводит к удорожанию производства и дисбалансу питательных веществ, а в ряде случаев и к заболеванию животных. Дозирование бывает объемным и весовым, непрерывным и дискретным. Для выполнения непрерывного объемного дозирования применяют лотки (тарелки), барабанные, шнековые, вибрационные, ленточные, пневматические, а также комбинированные (например, виброшнековые) и другие. Из-за относительно простой конструкции точность дозирования устройств, как правило, не превышает ±3%, и если не
Vestnik Omsk SAU, 2022, no. 1(45) PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS
применять автоматическую регулировку системы дозирования, то дозируемые продукты будут подвергаться большему повреждению при изменении механических свойств. К подобным устройствам относятся кормушки [11; 12]. По дизайну они практически не отличимы от дозаторов. Однако питатели устанавливаются перед дозаторами с цепной подачей или технологическими машинами. При отсутствии такой связи питатели служат стабилизаторами потока. Дискретное объемное дозирование характеризуется повторением дозирования материала, как правило, циклом выпуска в порционных (смешанных) смесителях. В большинстве случаев такие типы дозаторов используются при приготовлении влажных кормовых смесей, хотя известно их применение при дозировании ингредиентов комбикормов. Эти дозы, несмотря на их простую структуру, не всегда удовлетворяют требованиям.
Порционное весовое дозирование основано на измерении дозы определенной массы. Дозирование по весу осуществляется разными способами и на разных весах разной конструкции исходя из мощности предприятия, особенностей технологического процесса и номенклатуры выпускаемой продукции. Дозаторы обеспечивают высокую точность дозирования. Строение их несложное, но то, что операций много (загрузка, разгрузка), лишает устройства преимуществ [12].
Весовое дозирование не всегда дает требуемую производительность с нужной точностью, поэтому применяют комбинированные весы. Сначала определяется приблизительный вес, а затем добавляется недостающая часть.
В некоторых животноводческих хозяйствах используют метод приготовления комбикормов дозированием.
Цель исследования. В соответствии с методикой определения зависимости производительности дозатора-смесителя и процесса приготовления зерновой смеси от конструктивных и режимных параметров проводились экспериментальные исследования с различными типами кормов.
Предмет исследований - улучшение показателей качества зерновой смеси.
Метод исследования. В производственных условиях «Самедоглу - Ататюрк» Гейгельского района Азербайджана проведена проверка работоспособности дозатора-смесителя и дана оценка его основных параметров. Дозатор-смеситель был подключен в технологическую линию по приготовлению крупяных смесей для крупного рогатого скота. В ходе проводимых исследований были проверены производительность дозатора-смесителя, энергоемкость приготовления крупяных смесей и равномерность смешивания компонентов.
Результаты исследований
Корм и его компоненты, используемые в процессах дозирования и смешивания, имеют технологическое значение в соответствии с физическими и механическими свойствами материалов. Эти свойства взаимодействуют. Числовые значения показателей, отражающих эти свойства, определяют применением ряда специальных измерительных средств и методов. Дозирование и смешивание в основном зависят от влажности, объема, массы, степени измельчения, естественного угла распределения и коэффициента трения. Гранулометрический состав ингредиентов комбикорма определяли классификатором. Для этого в классификаторе использовался набор сит с отверстиями от 0,2 до 5 мм. Пробу массой 100 г просеивали в классификаторе в течение 5-10 минут. Снятые с сит фракционные массы взвешивали на технических весах с точностью до 0,01 г. Модуль измельчения (скорость измельчения) рассчитывается следующим образом:
Vestnik OmskSAU, 2022, no. 1(45) PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS
M =-
ад+d2p2+азРз+d4p4
100
где d1, ..., d4 - диаметр сит, мм;
P1, ..., P4 - масса фракции, оставшейся на соответствующем сите, г;
100 - масса образца, г.
За степень модуля принимается размер фракции, составляющей большую часть общей массы. Объем зависит от состава, влажности и формы накопления фракции кормового материала. Обычно для дисперсных материалов объем определяют по массе в соответствии с залитым объемом. Для этого используется литровый мерный стакан (зерновой мерный стакан). Сюда входят мерная чаша, коллектор, воронка, цилиндр, нож, и весы. Мерный сосуд взвешивают вместе с образцом с точностью до 0,5 г. Объемная масса получается путем деления массы образца на объем мерного сосуда.
В выбранной конструкции дозирования объем дозирования регулируется по типу компонентов корма, а перевод нужной нормы в общую массу регулируется скоростью вращения барабана. При этом скорость барабана следует выбирать так, чтобы дозируемый объем полностью опорожнялся за один раз. На основе модели процесса была определена теоретическая зависимость частоты вращения барабана от времени слива дозируемого объема. Эта зависимость построена на эмпирически проверенных отчетах и экспериментальных оценках (рис. 1).
1,7
J 1,5
7Z
lis
i з 1.3
I i
я г
! I 1.1
X "1 X
J
-а
0,9
ч -а=0. )6
0 04
W V- - а =0,( 2
\ i t * \
0,7 1,3 1,9 2,5 3,1 3,7 время сброса дозируемого объема, t сек
Рис. 1. График зависимости скорости дозирования от времени слива дозируемого объема: а - поправочный коэффициент, учитывающий объем и компонентный состав: -контрольный;-------------- экспериментальный
Как видно из графика, чем раньше расходуется дозированный объем компонента, тем ниже скорость вращения барабана. Следует отметить, что низкая скорость барабана может обеспечить более точное измерение. Это зависит от заданного дозируемого объема. С другой стороны, скорость вращения барабана зависит от состава компонента, а точнее, от того, обладает он твердым или легкодиспергируемым свойством. Для труд-норассыпаемых кормов (а = 0,12) требуется меньшая частота вращения барабана.
Для проверки этих соображений использовали коэффициент вариации погрешности дозирования дозатора ю. На основании полученных значений построены графики зависимостей (рис. 2).
Vestnik OmskSAU, 2022, no. 1(45) PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS
1,5 a—f-—i--
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
Быстрота вращения барабана дозатора, ю сек"1
Рис. 2. Кривые зависимости погрешности дозирования: 1 - ячмень; 2 - сложные минералы; 3 - компонентная мука; 4 - солома
Исследование дозатора-смесителя было выполнено в соответствии с требованиями по РД10.19.2-90. В качестве сырья для смеси 1 были использованы комбикорма в целом виде, а для исследования контроля неравномерности смешивания в образцах проверялось количество ячменя с контрольным компонентом в смеси.
При исследовании дозатора-смесителя использовались два типа смесей (табл. 1).
Таблица 1
Составные части готовых смесей
Компонент Состав компонентов, %
Смесь 1 Смесь 2
Ячмень 25 26
Пшеница 33 28
Разьяна 25 6
Кукуруза 14 -
Пшеничные отруби - 31
Подсолнечник - 9
Травяная мука - 3
Жом из сухой свеклы - 5
Соль - 2
Премикс - 1
Для приготовления смеси 2 были использованы компоненты (ячмень, пшеница и веламир), которые предварительно измельчаются, а в качестве контрольного компонента, как и в первом случае, было использовано цельное пшено. Для смеси 2 применялся ступенчатый метод смешивания (табл. 2).
При приготовлении комбикормов для крупного рогатого скота (табл. 1) при условии, что минимальная доля компонента составляла 14,5%, принимается следующее ступенчатое смешивание комбикормов (табл. 2).
Контроль качества смеси, то есть равномерности перемешивания, осуществлялся после получения готовой смеси. За равные промежутки времени было отобрано 100 проб по 30 г каждая, и в каждой из них было определено содержание проса. Результаты обрабатывались методом математической статистики.
Приготовление смеси 2 производили в следующей последовательности: сначала -смесь 1, а затем смесь 2. Для приготовления комбикормов было взято три бункера первичного сырья, которые заполнили пшеничными отрубями, дробленым ячменем и
Vestnik Omsk SAU, 2022, no. 1(45) PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS
дробленой пшеницей, а четвертый бункер был заполнен смесью 2. Таким образом, возможно приготовление полнорационных комбикормов в три яруса, а для этого потребуются дозатор-смеситель, пять бункеров для первичного сырья, бункер готовой продукции, дополнительные площади для хранения смеси 1 и смеси 2.
Таблица 2
Ступенчатое смешивание комбикормов
Компонент Состав, %
1-я ступень (смесь 1)
Премикс 21
Соль 22
Травяная мука 41
2-я ступень (смесь 2)
Смешанный 1 20.2
Жом из сухой свеклы 23.2
Жом кукурузы 21.2
Разьяна (обмолотый) 32.4
1-я ступень (смешанный комбикорм)
Пшеничные отруби 19
Ячмень (обмолотый) 19
Смешанный 2 25
Пшеница (обмолотый) 24
В лабораторных исследованиях были использованы крупяные компоненты, которые получили более широкое распространение при производстве кормов.
Физико-механические свойства зерен, которые в основном использовались в экспериментальных исследованиях, были определены на основе принятых методик. Результаты представлены в табл. 3.
Таблица 3
Физико-механические свойства злаков
Компонент Угол естественного наклона, градусы Плотность, kT/m3 Показатель внутреннего трения Коэффициент трения по стали
Пшеница 31 755 0,66 0,57
Просо 32 621 0,69 0,52
Ячмень 39 448 0,52 0,46
Кукуруза 22 754 0,47 0,56
Для определения зависимости производительности дозатора-смесителя и процесса приготовления зерновой смеси от конструктивных и режимных параметров энергоемкости экспериментальные исследования проводились с различными злаками.
Основным показателем дозатора-смесителя была дозируемость компонентов зерна. Данный цикл дозирования был исследован на основе методики, где указаны эквивалентности дозирования. Как известно, при производстве твердых кормов в соответствии с требованиями необходимо, чтобы был уровень дозирования не менее 95%.
В конструкции имеются несколько лопаток для того, чтобы обеспечить равномерное рассыпание компонентов по краям диска-дозатора. За счет того, что лопаты не выступают за края бункера, исключается влияние естественного угла наклона на процесс дозирования. Используется методика регулирования размеров секций бункера-дозатора в зависимости от плотности дозируемого материала, позволяющая стабилизировать плотности дозируемых компонентов.
Vestnik OmskSAU, 2022, no. 1(45) PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS
Заключение
С учетом увеличения частоты вращения лопат, их высоты и глубины впуска в бункер установлено увеличение производительности дозатора-смесителя и снижение энергоемкости зерносмеси. В результате сравнения экспериментальных показателей с результатами теоретических расчетов определено, что экспериментальные показатели не полностью совпадают с расчетными значениями. В то же время было установлено, что при увеличении расстояния между лопастью и манжетой до 5 мм неравенство дозирования увеличивается, а затем равенство дозирования нарушается. Неравномерность дозирования нарушается и при увеличении частоты циркуляции лопастей. От равномерности перемешивания зависит производительность дозатора-смесителя и доля управляющего компонента.
Библиографический список
1. Grift, T.E., Walker, J.T. and Hofstee, J.W. (1997), "Aerodynamic properties of individual fertilizer particles", Trans. ASAE, no. 40(1), pp. 13-20.
2. Hauhouot-O'hara, M., Criner, B.R., Bruse-witz, G.H. and Solie, J.B. (2000), "Selected physical characteristics and aerodynamic properties of cheat seed for separation from wheat", Agricultural Engineering International: The CIGR E Journal, Vol. 2.
3. Сабиев, У.К. Повышение эффективности дозирования сыпучих кормов / У.К. Сабиев. -Текст : непосредственный // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2011. - № 10. -С. 25-26.
4. Колобов, М.Ю. Технология приготовления комбикормов / М.Ю. Колобов, С.Е. Сахаров, С.Г. Сахарова. - Текст : непосредственный // Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение. - 2013. - № 1. - С. 71-75.
5. Acampora, A., Civitarese, V., Sperandio, G. and Rezaei, N. (2021), "Qualitative characterization of the pellet obtained from hazelnut and olive tree pruning", Energies, no. 14, p. 4083. DOI: 10.3390/en14144083.
6. Garcia, R., Gil, M.V., Rubiera, F. and Pevi-da, C. (2019), "Pelletization of wood and alternative residual biomass blends for producing industrial quality pellets", Fuel, no. 251, pp. 739-753, DOI: 10.1016/j.fuel.2019.03.141.
7. Grabowski, J. and Smolinski, A. (2021), "The application of hierarchical clustering to analyzing ashes from the combustion of wood pellets mixed with waste materials", Environmental Pollution, no. 276, pp. 116766, DOI: 10.1016/j. envpol.2021.116766.
8. Cajova Kantova, N., Caja, A., Belany, P., Kolkova, Z., Hrabovsky, P., Hecko, D. and Micko, P. (2022), "Mechanical and energy properties of pellets formed from walnut shells blended with spruce sawdust", BioResources, no. 17(1), pp. 1881-1891.
9. Abdullah, N., Nawi, N.M., Ding, P., Kas-sim, M.S.M. and Lazim, (2018), Preliminary study to predict moisture content of jackfruit skin using short-
References
1. Grift, T.E., Walker, J.T. and Hofstee, J.W. (1997), "Aerodynamic properties of individual fertilizer particles", Trans. ASAE, no. 40(1), pp. 13-20.
2. Hauhouot-O'hara, M., Criner, B.R., Bruse-witz, G.H. and Solie, J.B. (2000), "Selected physical characteristics and aerodynamic properties of cheat seed for separation from wheat", Agricultural Engineering International: The CIGR E Journal, Vol. 2.
3. Sabiev, U.K. Povyshenie effektivnosti dozi-rovaniya sypuchih kormov / U.K. Sabiev. - Tekst : neposredstvennyj // Mekhanizaciya i elektrifikaciya sel'skogo hozyajstva. - 2011. - № 10. - S. 25-26.
4. Kolobov, M.Yu. Tekhnologiya prigotovle-niya kombikormov / M.Yu. Kolobov, S.E. Saharov, S.G. Saharova. - Tekst : neposredstvennyj // Sovre-mennye naukoemkie tekhnologii. Regional'noe pri-lozhenie. - 2013. - № 1. - S. 71-75.
5. Acampora, A., Civitarese, V., Sperandio, G. and Rezaei, N. (2021), "Qualitative characterization of the pellet obtained from hazelnut and olive tree pruning", Energies, no. 14, p. 4083. DOI: 10.3390/en14144083.
6. Garcia, R., Gil, M.V., Rubiera, F. and Pevi-da, C. (2019), "Pelletization of wood and alternative residual biomass blends for producing industrial quality pellets", Fuel, no. 251, pp. 739-753, DOI: 10.1016/j.fuel.2019.03.141.
7. Grabowski, J. and Smolinski, A. (2021), "The application of hierarchical clustering to analyzing ashes from the combustion of wood pellets mixed with waste materials", Environmental Pollution, no. 276, pp. 116766, DOI: 10.1016/j.envpol.2021.116766.
8. Cajova Kantova, N., Caja, A., Belany, P., Kolkova, Z., Hrabovsky, P., Hecko, D. and Micko, P. (2022), "Mechanical and energy properties of pellets formed from walnut shells blended with spruce sawdust", BioResources, no. 17(1), pp. 1881-1891.
9. Abdullah, N., Nawi, N.M., Ding, P., Kas-sim, M.S.M. and Lazim, (2018), Preliminary study to predict moisture content of jackfruit skin using shortwave near infrared spectroscopy, S.S.R.M. Available Online, 6 November 2018.
Vestnik OmskSAU, 2022, no. 1(45) PROCESSES AND MACHINES OF AGROENGINEERING SYSTEMS
wave near infrared spectroscopy, S.S.R.M. Available Online, 6 November 2018.
10. Ahmad, S., Anuar, M.S., Taip, F.S., Sham-sudin, R. and Ab Mutalib, S.R. (2018), Influence of process variable on integrated power-temperature drying process for rambutan seed fat yield: a case study, Available Online: 6 November 2018.
11. Kakahy, A.N.N., Ahmad, D., Akhir, M.D. and Hashemi, A. (2018), The Effects of different spreader rates and fertilizer types on grain yields of barley (Hordeum vulgare L.), Available Online: 6 November 2018.
12. Tavakoli, H., Mohtasebi, S. and Jafari, A. (2018), Effects of moisture content, internode position and loading rate on the bending characteristics of barley straw Materials Science.
13. Shahbazi, F. (2018), Effects of moisture content and level in the crop on the shearing properties of chickpea stem Materials Science.
10. Ahmad, S., Anuar, M.S., Taip, F.S., Sham-sudin, R. and Ab Mutalib, S.R. (2018), Influence of process variable on integrated power-temperature drying process for rambutan seed fat yield: a case study, Available Online: 6 November 2018.
11. Kakahy, A.N.N., Ahmad, D., Akhir, M.D. and Hashemi, A. (2018), The Effects of different spreader rates and fertilizer types on grain yields of barley (Hordeum vulgare L.), Available Online: 6 November 2018.
12. Tavakoli, H., Mohtasebi, S. and Jafari, A. (2018), Effects of moisture content, internode position and loading rate on the bending characteristics of barley straw Materials Science.
13. Shahbazi, F. (2018), Effects of moisture content and level in the crop on the shearing properties of chickpea stem Materials Science.
Для цитирования: Сеидова И.А. Физико-механические свойства комбикорма и его основных компонентов // Вестник Омского ГАУ. 2022. № 1 (45). С. 139-146. Б01 10.48136/2222-0364_ 2022_1_139.
Информация об авторах
Сеидова Ирада Адил, докторант, 1а-^уеу^аи@ gmail.com.
Статья поступила в редакцию 24.01.2022.
For citation: Seidova, I.A. (2022), "Physico-mechanical properties of compound feed and its main components", Vestnik Omsk SAU, no. 1(45), pp. 139— 146, DOI 10.48136/2222-0364_2022_1_139.
Information about the authors
Seyidova Irada Adil, Doctoral student, [email protected].
The article was submitted 24.01.2022.
