Введение
ВВЕДЕНИЕ
Одной из наиболее актуальных проблем современного аграрного производства является обеспечение населения в достаточном количестве качественными продуктами животноводства. В целях успешного удовлетворения растущих потребностей в мясомолочных продуктах необходимо развивать скотоводство, что в свою очередь напрямую связано с созданием прочной кормовой базы. Обеспечение животных полноценными кормами, сбалансированными по питательности в соответствии с запланированной продуктивностью, - одно из решающих условий увеличения производства и улучшения качества продуктов животноводства. Качество кормов, степень сбалансированности, а также рационы кормления оказывают значительное влияние на продуктивность животных, на качество получаемой продукции, а также на здоровье самих животных.
Известно, что питательные вещества активно усваиваются животными в измельченном виде, так как в измельченных кормах увеличивается активная поверхность частиц. Это способствует ускорению процесса пищеварения и усвояемости питательных веществ.
В зависимости от обрабатываемых кормов и их назначения, принятой технологии приготовления кормов, вида сельскохозяйственных животных применяются разные способы измельчения.
Процесс резания в основном применяют при измельчении грубых кормов и корнеклубнеплодов. Корнеклубнеплоды занимают большую долю в рационах кормления для большинства видов животных. К ним относят кормовую и сахарную свеклу, картофель, морковь, турнепс и т. д. Их отличают хорошие вкусовые качества и хорошая поедаемость. Особую кормовую ценность они представляют для крупного рогатого скота. Известно, что включение корнеклубнеплодов в рационы дойных коров увеличивает поедаемость объемистых кормов, улучшает перевариваемость органических веществ, а также увеличивает продуктивность.
8 На сегодняшний день еще слабо решены вопросы механизации очистки
и мойки, а главное - измельчения корнеклубнеплодов. Ряд машин и агрегатов имеют низкую пропускную способность и несовершенство рабочего процесса измельчения, которое сопровождается потерей сока.
Очень важное значение в рационе животных имеют консервированные корма: сенаж и силос. В настоящее время силос заготавливают не только из цельных растений кукурузы, но и из зерно-стержневой массы. Это позволяет значительно снизить потери сухого вещества при силосовании и увеличить питательность корма. На долю сенажа и силоса в рационе молочных животных приходится по массе более 60 %. При этом сам процесс заготовки и разгрузки сенажных и силосных траншей довольно сложный и трудоемкий. Лучшим образом в существующей системе машин решена механизация закладки сенажа и силоса, а слабомеханизированными являются процессы разгрузки сенажных и силосных траншей. Существующая техника имеет невысокую надежность в работе и низкую долговечность.
В целом актуальной остается проблема повышения качества измельчения. Ее решение позволит исключить дополнительное измельчение кормов в кормоцехах и повысить усвояемость кормов. Особенно это важно при использовании силосованных кормов из зерно-стержневой массы кукурузы, так как зерно кукурузы имеет твердую оболочку и если ее не разрушить, то зерно «транзитом» проходит через желудочно-кишечный тракт животного.
Процесс дробления в основном используется при измельчении концентрированных кормов. Три четверти урожая зерновых идет на корм птице и скоту. На измельчение зерна и приготовление смеси требуется несколько млрд кВт-ч электроэнергии [7].
В настоящее время для измельчения фуражного зерна широко используются решетные молотковые дробилки, в которых для регулирования размеров измельченного зерна применяют сменные решета с различными диаметрами отверстий. Однако использование таких дробилок затруднено, а
9 подчас и невозможно, при измельчении концентрированных кормов
повышенной влажности (более 17%), а также початков кукурузы. При этом происходит забивание решета, что приводит к снижению производительности машины, увеличению затрат энергии. Использование решет ведет также и к переизмельчению материала, что существенно увеличивает затраты энергии и снижает качество продукции. Дробление кормов повышенной влажности особенно актуально в связи с возделыванием в ряде регионов страны кукурузы по зерновой технологии, которая предусматривает выращивание кукурузы до восковой спелости. При этом использование существующих молотковых дробилок для измельчения початков становится неэффективным, и даже невозможным. Применение для этих целей существующих измельчителей с известными рабочими органами не позволяет получить измельченный материал необходимого качества.
В связи с этим возникает необходимость в разработке и применении в сельскохозяйственном производстве измельчителей с новыми рабочими органами. Одним из решений этой проблемы является создание измельчителей, обладающих более широкими технологическими возможностями с использованием безрешетных молотковых дробилок.
Известно, что на животноводческих фермах в структуре потребления энергии на корма приходится до 80 % затрат энергии. На приготовление кормов расходуется 25...30 % общих энергозатрат [7,194]. Поэтому разработка энергосберегающих технологий и технических средств является актуальной проблемой. Решение ее позволит повысить эффективность сельскохозяйственного производства в целом.
Перспективные технические средства должны удовлетворять требованиям прогрессивных технологий с учетом различных форм хозяйствования и организации труда.
В настоящее время наметились две основные тенденции в разработке и создании измельчителей кормов:
10
— совершенствование рабочих органов и рабочего процесса
существующих измельчителей в сторону уменьшения энергопотребления и улучшения качества получаемого продукта на основе классических технологий приготовления кормов;
- создание новых машин, с новыми рабочими органами, на основе перспективных энергосберегающих технологий в кормоприготовлении.
К таким технологиям можно отнести приготовление комбисилоса, консервирование фуражного зерна 30 % - ой влажности, консервирование и хранение зерна кукурузы, заготовка высококачественного силоса из зерна кукурузы восковой спелости, приготовление полнорационных комбикормов из собственного зернового сырья и покупных промышленных белково-витаминных, минеральных добавок и премиксов.
Таким образом, становится очевидной необходимость разработки и создания технических средств измельчения кормов с широкими технологическими возможностями на основе энергосберегающих технологий приготовления кормов в животноводстве.
Научная новизна заключается в расширении технологических возможностей и снижения энергозатрат измельчителей кормов на основе совершенствования технологического процесса и технических средств, а также:
- в закономерностях основных показателей работы безрешетных молотковых дробилок от факторов, влияющих на качество и энергоемкость процесса;
- в новых уравнениях кинетики процесса дробления в безрешетной молотковой дробилке;
- в математических моделях рабочего процесса безрешетной молотковой дробилки кормов;
- в рациональных конструктивно-технологических схемах измельчителей и дробилок концентрированных кормов, позволяющих интенсифицировать рабочий процесс за счет повышения эффективности воздействия рабочих органов на материал, новых конструкций рабочих
11
органов, оптимизации конструктивных параметров и технологического процесса. (Патенты РФ №№ 000, 2120726, 2131776, 2137350,2236297)
На защиту выносятся следующие положения:
1. Теоретические предпосылки, описывающие процесс дробления в безрешетных молотковых дробилках кормов.
2. Математические модели процесса измельчения в безрешетных молотковых дробилках кормов.
3. Закономерности изменения основных показателей работы безрешетных молотковых дробилок в зависимости от факторов, влияющих на процесс дробления.
4. Технические решения, обеспечивающие надежное регулирование модуля помола в безрешетных дробилках.
5. Новые технические средства измельчения кормов, обладающие более высокими технико-экономическими показателями.
6. Конструктивно-технологические схемы и основные параметры перспективных измельчителей кормов, погрузчика-измельчителя силосованных кормов, агрегата для приготовления комбикормов.
7. Результаты лабораторно-производственных исследований и производственных испытаний разработанных машин и их технико-экономическая и энергетическая эффективность.
Основные результаты и материалы диссертации докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях Казанской ГСХА (1991...2004 гг.); на Республиканской научно-практической конференции «Механизация сельского хозяйства» (Казань, АН Республики Татарстан, 1999 г.); на Международной научно-практической конференции, посвященной 10-летию Независимости Республики Казахстан (Астана, 2001 г.); на юбилейной* Международной конференции "Проблема механизации сельского хозяйства"(Казань, 2002 г.);на II и III Международных научно-практических конференциях «Автомобиль и техносфера» (Казань, 2001 г., 2003 г.); на Всероссийской научно-практической конференции «Агроэкологические
12
проблемы сельскохозяйственного производства в условиях техногенного загрязнения агроэкосистем» (Казань, 2002 г.); на XI Международном симпозиуме по машинному доению сельскохозяйственных животных, первичной обработке и переработке молока (Казань, 2002 г.); на III Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (Москва, 2003 г.); на Всероссийской научно-практической конференции «Наука и инновационные технологии для регионального развития» (Пенза, 2003 г.); на IV Международном симпозиуме «Ресурсоэффективность и энергосбережение в современных условиях хозяйствования» (Казань, 2003 г.); на научных конференциях Ижевской ГСХА (Ижевск, 1997 г., 2002 г., 2004 г.); Чувашской ГСХА (Чебоксары, 2001 г.); Вятской ГСХА (Киров, 2002 г.); на научно-технических советах МСХ и П РТ (Казань, 1991...1994 гг., 2001...2003 гг.); на научно-техническом совете отделения сельскохозяйственных наук АН Республики Татарстан (Казань, 2002...2004 гг.). Отдельные разработки демонстрировались на ВЦ «ВИКО» (Казань, 1995г., 2001...2004 гг.), на Российской агропромышленной выставке (Москва, 2001, 2003 г.). Разработки, выполненные под непосредственным руководством и с участием автора, удостоены грантов АН Республики Татарстан из фонда НИОКР (2002, 2003, 2004 гг.), отмечены Бронзовыми медалями Российской агропромышленной выставки (ВВЦ, Москва, 2001г., 2003г.).
Основные результаты исследований опубликованы в 51 работе автора, в том числе в монографии (11,75 усл. печ. л.), получено 5 патентов РФ.
Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс Казанской, Вятской, Ульяновской, Ижевской, Чувашской ГСХА. Результаты исследований и практические рекомендации внедрены в хозяйствах агропромышленного комплекса Республики Татарстан. Малогабаритный комбикормовый агрегат АКМ-8 и безрешетная молотковая дробилка внедрены в Учхозе Казанской ГСХА, безрешетная молотковая дробилка также внедрена в НПО «Медикосервис», универсальный погрузчик сенажа и
13
силоса УП-3 в подсобном хозяйстве ПО «Оргсинтез» и ОПХ «Столбищенское» Лаишевского района РТ, универсальный измельчитель кормов в кормоцехе ОПХ «Столбищенское» Лаишевского района РТ в технологической линии приготовления кормов. Конструкторские документации на универсальный измельчитель кормов, безрешетную дробилку, погрузчик сенажа и силоса переданы в производство в нестандартного оборудования».
Научные исследования выполнялись в соответствии с планом научно-исследовательских работ Казанской государственной сельскохозяйственной академии «Расширение технологических возможностей измельчителей кормов и повышение эффективности процесса измельчения» (Гос.№ 01.2.00 106680), входящим в комплексную программу исследований; планами Минсельхозпрода РТ в соответствии с научно-технической программой «Механизация», а также в соответствии с Программой развития приоритетных направлений науки в РТ на 2001-2005 годы (направление «Эффективность агропромышленного производства»), тема
«Энергосберегающие технологии и технические средства измельчения кормов», с координационной программой по проблеме «Разработать системы технологизации и инженерно-технического обеспечения агропромышленного производства как основы стабилизации АПК субъектов Российской Федерации Северо-Кавказского, Приволжского и Уральского федеральных округов» на 2001-2005 гг.
Автор приносит особую благодарность за помощь в работе над диссертацией профессору Е., а также профессору О., доцентам Ф., Архипову СМ., В., принимавшим участие в решение отдельных задач по теме диссертации и оказавшим практическую помощь на разных этапах выполнения диссертационной работы.
14 1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ КОРМОВ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1 Состояние исследований в области измельчения кормов
Техническое обеспечение сельскохозяйственного производства. На современном этапе должно быть направлено на полное удовлетворение потребности общества в продуктах питания на основе использования ресурсо - и энергосберегающих технологий во всех отраслях сельского хозяйства. Одной из главных задач инженерно-технических исследований является разработка энергосберегающих технологий и технических средств при производстве и переработке сельскохозяйственной продукции. При этом необходимо обеспечивать безопасность для окружающей среды и здоровья населения, а также получение экологически чистых продуктов.
Обеспечение качественными и в достаточном количестве продуктами животноводства на сегодня является одной из стратегических задач создания продовольственной безопасности страны в целом. Решение ее возможно только при наличии мощной кормовой базы. В сельскохозяйственных
предприятиях Республики Татарстан, в среднем за последние годы (1999...2003 г. г.) ежегодно заготавливалось на корм скоту более 1696,2 тыс. т силоса, 2724,3 тыс. т сенажа, 807,9 тыс. т сена и т. д. Всего, например, в 2003 году было заготовлено 32,7 центнеров кормовых единиц на одну условную голову (приложение А 1). В структуре расхода кормов концентрированные корма занимают 35,7%, сочные — 15,6%, грубые — 18,7%. Анализ динамики заготовки кормов по республике показывает, что, несмотря на фактическое снижение объема заготовки видов кормов по годам, имеется стабильная тенденция увеличения содержания кормовых единиц в единице корма в расчете на одну условную голову скота. Это является результатом использования передовых технологий и опыта заготовки кормов (сенажа «в упаковке», приме-
15
нение комбисилоса и суперсилоса, приготовление комбикормов с использованием собственных зерновых ресурсов и покупных БМВД, возделывание новых видов кормовых культур и т. д.), а также особого внимания к условиям хранения кормов и особенно подготовки их к скармливанию.
В настоящее время в сельскохозяйственных предприятиях Республики Татарстан основная масса кормов поступает от полевого кормопроизводства. Почти 40% посевных площадей приходятся на кормовые культуры. Если учесть, что часть зерна продовольственных культур (рожь, пшеница, горох), а также отходы от производства других посевных культур потребляются на кормовые цели, то можно считать, что сегодня значительная часть посевных площадей приходится на кормовые культуры (приложение А 2).
Важно отметить, что доля кормов в структуре затрат как на основное производство сельскохозяйственной продукции, так и в структуре затрат отдельного вида, например, молока очень велика. В первом случае от общей доли материальных затрат в размере 73%, корма занимают 22% и соизмеримы только с затратами на заработную плату —18%. Даже затраты на ГСМ и запасные части намного меньше затрат на корма (приложение А 3). Из структуры затрат на производство молока видно, что доля затрат на корма превышает 50% от всех затрат (рисунок 1.1). Из анализа имеющихся данных (данные РИВЦ МСХ и П РТ) становится очевидным, что даже небольшая экономия материальных затрат, связанных с кормами, существенно повысит экономическую эффективность не только животноводческой отрасли, но и в целом сельскохозяйственного производства.
На эффективность производства животноводческой продукции влияет и качество приготавливаемых кормов. Одним из факторов, влияющих на качество, является степень измельчения кормов. Кроме того, степень измельчения влияет на поедаемость кормов, то есть на эффективность их использования [16]. Как видно из рисунка 1.2, с уменьшением размеров частиц кукуруз-
Прочие 8,20% Услуги 13,80%
Аммортизация и ремонт 6%
16
Оплата труда с начислениями 21
Корма 51%
120
8
о о
§
(D
03
60 40 20
0
Рисунок 1.1— Структура затрат на производство молока
(на 1 января 2004 г.)
ДО 10
10-50 50-100 100-150
Размеры частиц, мм
150-200
Рисунок 1.2 — Поедаемость кукурузного силоса в зависимости от степени его измельчения
ного силоса от 200 до 10 мм увеличивается поедаемость всей массы на 18%. Другим, не менее важным фактором, влияющим на качество кормов, является время заготовки кормов. Так в зависимости от фазы созревания кукурузы коэффициент перевода сухого вещества в кормовые единицы увеличивается с 0,87 до 1,0 (рисунок 1.3). Иными словами, заготавливая кукурузу на корма в фазе восковой спелости, можно увеличить питательность кормов на 13 %.
17
Динамика изменения цен на энергоресурсы, технику и сельскохозяйственную продукцию наглядно демонстрирует нам, насколько разнятся отпускные цены на дизтопливо, комбайны и т. д. с одной стороны и на сельскохозяйственную продукцию с другой (рисунок 1.4). В условиях существующего диспаритета цен особую роль в повышении эффективности
Цветение Молочная спелость Молочно-восковая Восковая спелость
спелость
Фазы созревания
Рисунок 1.3 — Качество кукурузного силоса в зависимости
от фазы созревания
Дизельное топливо Комбайн ДОН - Электроэнергия Пшеница 3-го Молоко 1-го сорта 1500 класса
1990 г. ¦ 2002 г.
Рисунок 1.4 - Динамика изменения цен на энергоресурсы, технику
и сельхозпродукты
Список литературы
Основные порталы (построено редакторами)