Анализ существующей технологии производства зернокормовых смесей для животноводства

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

ОТЧЕТ

Тема:

 

«Обоснование параметров зоны предварительного плющения зерновой смеси в вальцово-ленточной плющилке».

 

Выполнил студент: Герасименко А.Д.

Группа 3221, шифр МА-09-18

Отчёт принят «__»________2020 г

Оценка_______________________

Подпись преподавателя ________

 

 

Новосибирск 2020.

Содержание

Введение. 3

Цели и задачи исследований. 4

Анализ существующей технологии производства зернокормовых смесей для животноводства. 4

Обоснование конструктивно-технологической схемы плющилки для влажной зерновой смеси. 10

Конструктивно технологическая схема разрабатываемой плющилки для влажной зерновой смеси. 11

Результаты лабораторных исследований. 18

Индивидуальное задание. 24

Общие выводы.. 26

Библиографический список. 27

 

 

Введение

Важнейшее условие успешного развития животноводства – создание прочной кормовой базы, в связи с чем большое значение придается кормопроизводству.

Наличие зерна в кормовой смеси объясняется высокой концентрацией питательных веществ, необходимых для поддержания жизненных функций животных и птиц и обеспечения продуктивности. В структуре себестоимости животноводческой продукции стоимость кормов достигает 65 – 70 % [1]. Снижение себестоимости получаемой животноводческой продукции – ключевая задача для производственников и учёных, разрешение которой возможно и за счёт внедрения новых менее затратных и быстро окупаемых технологий производства зернокормовых смесей.

 Особенность производства зерновых смесей для животноводства бъясняется проблемами между сбором всего биологического урожая и потерями зерна, а так же в целевом назначении – на продовольственные и кормовые цели. Поздние сроки уборки урожая приводят к сбору зерна в труднодоступной форме для переваривания и абсорбции его питательных веществ организмом животных. В связи с этим для инактивации антипитательных веществ, декстринизации крахмала, декструкции материала оболочки зерновки, создания микропористой структуры в готовом продукте, а так же безопасных условий скармливания необходимо применять энергоёмкие физические способы подготовки зерна к скармливанию.

В связи с этим встала необходимость в обосновании рациональных сроков сбора зерна, питательные вещества которых, в большей степени удовлетворяют процессу пищеварения и усваивания их организмом животных, а также в разработке энергосберегающей технологии производства зернокормовой смеси для животноводства.

 

 

 Цели и задачи исследований

Снижение себестоимости получаемой животноводческой продукции – ключевая задача для производственников и ученых, разрешение которой возможно за счет внедрения новых быстроокупаемых технологий. В структуре себестоимости животноводческой продукции стоимость кормов достигает 65-70%.

2.Одним решением данной проблемы, снижение себестоимости кормов, является разработанная технология производства зернокормовых смесей, Патент № 2490860,который предусматривает следующие технологические операции: Очес зерна в фазу молочно-восковой спелости,когда достигается максимальная биологическая влажность – очистка от крупных примесей –смешивание компонентов(зерновых и бобовых)-плющение зерновой смеси –консервация-закладка на хранение –скармливание

Преимущество этой технологии заключено в следующем:

- зерна собирают в максимально достигнутом биологическом урожае, когда питательные вещества имеют меньшую степень полимеризации и легко усваиваются животными;

- исключается затратная операция,сушка зерна;

-В период кормления используется готовая плющенная зерновая смесь, которая обогащается  добавками;(белково-витаминные)

Анализ существующей технологии производства зернокормовых смесей для животноводства

Наиболее сложной операцией является плющение зерновой смеси.

В отличие от дробилок, плющилки измельчают зерновой материал сдавливанием, и в качестве рабочих органов, как правило, имеют одну или две пары вальцов, вращающихся навстречу друг другу. В плющеном зерне содержится незначительное количество пылевидной фракции, хлопья зерна имеют высокую абсорбцию, благодаря чему плющеное зерно обладает хорошей доступностью питательных веществ для пищеварительных ферментов желудочного сока, и, как следствие, оно лучше переваривается и усваивается животными. Однако, дальнейшее повышение качества плющения зерна сдерживается конструктивными недостатками вальцовых рабочих органов плющилок – сложные условия захвата зерновки вальцами приводят к увеличению размеров рабочих органов. Это существенно увеличивает металлоемкость и стоимость вальцовых плющилок. Кроме того, малое время воздействия вальцов на зерновку вызывает ударные деформации зерна.

Рис.1.1. Зона деформации

При плющении зерно, под действием сил трения на контакте зерна с поверхность вальцов, втягивается между приводными вальцами, вращающимися в противоположные стороны. При прохождении между вальцами толщина зернового слоя, определяемого толщиной зерна, уменьшается, а длина и ширина увеличиваются. Зерно при плющении пластически деформируется не одновременно по всей своей длине, а только на некотором участке, называемом очагом деформации. Это пространство, ограниченное с боков дугами захвата поверхности вальцов АВ и А' В' а с верху и снизу, соответственно, плоскостями входа зерна АА ' и выхода готовой продукции ВВ' называется зоной деформации зерна или очагом деформации (рис.1.1.). Конструктивные и режимные параметры этой зоны определяют производительность, качество готовой продукции и надёжность протекания процесса плющения зерна. Проанализируем основные параметры этой зоны и определим возможность плющения зерновой смеси с широким диапазоном размера частиц.

Основным параметром является условия захвата зерна поверхностью вальцов. Дугу АВ и А'В ' называют дугой контакта или дугой захвата. Центральный угол α, соответствующий дуге захвата (контакта), называют углом захвата или контакта. Угол захвата определяет положение точек, в которых происходит первое соприкосновение зерен с вальцами, и начинается их захват силами трения

Из прямоугольников АБС и АОС (рис.2.1.) следует, что ВС= ВО – СО= R – R·cosα= R(1- cosα). Так как ВС= (h₀ – h₁)/2, то получаем следующую формулу

                                           Cosα=1 – Δh/ D                                      (1.2)

Выражающую зависимость между углом захвата α, величиной плющения Δh и диаметром вальцов, D. Из формулы (1.2.) следует, что чем больше абсолютная величина плющения зерна при данном диаметре вальцов, тем меньше cosα, тем больше угол захвата α. Из формулы (1.2.) так же следует, что одно, и тоже значение     абсолютной величины плющения зерна можно получить на вальцах большого диаметра, но с меньшим углом захвата, или на вальцах меньшего диаметра с большим углом захвата.Из формулы (1.2.) можно получить связь между абсолютной величиной плющения зернового слоя  диаметром D и углом захвата

= D ·(1–cosα)(1.3.)

C увеличением диаметра валков D и угла захвата α абсолютная величина деформации зерна увеличивается.

Рис.1.2. Захват зерна вальцами

Заменяя 1 – cosα =2·sin²  ≈ ² = 2·  = , после подстановки в уравнение (1.3.)

                              = D ·  = R · .                            (1.4.)

Отсюда упрощенная формула для расчета угла захвата:

                               .                                           (1.5)

    Из приведенных выражений (1.3-1.5) видно, что абсолютная величина деформации зерна определяется диаметром вальцов и углом захвата, значения которых взаимосвязаны.

Чтобы понять при каких углах захвата зерновка будет захвачена вальцами и начнется процесс её деформации рассмотрим условия захвата зерновки поверхностью вальцов. Подведем зерновку к валкам. В точках А и А ' касания зерновки с вальцамии возникают силы нормального давления Р и силы трения Т.

Р_y –вертикальная проекция силы Р; это выталкивающая сила, она стремится вытолкнуть зерновку из зон деформации.

Т_y –вертикальная проекция силы Т; это сила, втягивающая полосу в зону деформации.

Захват зерновки вальцами возможен при условии:

Р_y ≤ Т_y, но Р_y = Р·sinα, Т_y = Т·cosα, Р·sinα ≤ Т·cosα.

Разделив на Р ·cosα, получим:

                               → .

Заменяя  и , получим:

                                                                    .                                                       (1.6)       

Это условие захвата зерновки вальцами формулируется следующим образом: для захвата зерновки вальцами необходимо, чтобы угол захвата был меньше или равным коэффициенту трения. Угол захвата берется в радианах. Принимая предельное условие захвата , получим из формулы (1.4.), что максимальную деформацию зерна можно получить при захвате

                              _max = Rf ².                                               (1.7.)

Проведенный нами анализ показал что в настоящее время применяются отечественные и зарубежные вальцовые плющилки

Производительность которых определяется следующим выражением:

                        Q = 0,2(y*L*R*n*(2-h + P),                                  (1.8.)

где Q — пропускная способность плющилки; ф — степень разрыхления движу­щегося продукта (ф = 0,4); у — удельный вес; L — длина валка; R — радиус валка; h — зазор между валками; Р - распорное усилие валков при плюще­нии; п — число оборотов.

Согласно формуле (1.8) пропускная способность плющилки пропорцио­нальна диаметру валков и числу их оборотов. Как показывает исследования В.А.Сысуева, П.А. Савиных, В.А. Казакова, О.В. Сычугова  и Одегова. Это выражение справедливо только для определенных значений Диаметра и числу оборотов,о чем свидетельствует рис-1(а,б.)

       

Из рисунка 1(а) видно что у плющилки с Д=220 при увеличении окружной скорости Мах производительность достигается при 6 м/с.,а дальнейшее увеличение окружной скорости до 8м/с производительность остается неизменной,затем снижается,при этом удельные энергозатраты резко растут.

Из рисунка 1(б) видем что производительность у плющилки с Д=320 имеет такую  же зависимость и энергоемкость также вырастает это объясняется.С увеличением скорости валков возрастают тнерционные силы,приложенные к зерну и препятствуют его прохождению в зазор между валками. В результате этого пропускная способность плющилки возрастает медленее, чем окружная скорость,что видно из  Рис-1.

От сюда можно сделать следующие выводы:

1) Чтобы обеспечить высокую производительность плющилки, необходимо исключить зависимость условий подачи зерна от конструктивных и режимных параметров вальцов зоны плющения.

2) Так как по технологии предусматривается плющение зерновой смеси с различным гранулитическим составом (пшеница,овес, ячмень, горох) –необходимо обеспечить гарантированный захват зерновой смеси не зависимо от размера её частиц.