Повышение эффективности технологических линий утилизации отходов звероводства и птицеводства в сухие животные корма путём оптимизации их состава и совершенствования технических средств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, доктор технических наук Малинов, Геннадий Иванович

• Малинов, Геннадий Иванович
• доктор технических наук
• 2003

Оглавление диссертации доктор технических наук Малинов, Геннадий Иванович

Введение.

1 Состояние проблемы и задачи исследования.

1.1 Технологии приготовления сухих животных кормов в звероводстве и птицеводстве.

1.1.1 Анализ кормовой базы звероводства и перспективы производства сухих животных кормов в отрасли.

1.1.2 Анализ кормовой базы птицеводства и перспективы производства сухих животных кормов в отрасли.

1.1.3 Зоотехнические требования к процессу приготовления сухих животных кормов.

1.1.4 Способы производства сухих животных кормов.

1.1.5 Опыт производства сухих животных кормов в хозяйствах.

1.2 Машины и оборудование для приготовления сухих животных кормов (СЖК).

1.2.1 Составы рекомендуемой технологической линии и режимы их работы.

1.2.2 Технические характеристики машин и оборудования для приготовления сухих животных кормов.

1.3 Машины и оборудование для измельчения мясокостного сырья.

1.3.1 Виды измельчения и характеристики измельчителей.

1.3.2 Обзор способов измельчения сырья.

1.3.3 Классификация измельчителей мясокостного сырья.

1.4 Ресурсосберегающий, энергосберегающий и экологический аспекты проблемы.

1.5 Краткий анализ проведенных исследований по механизации переработки мясокостного сырья в сухие животные корма.

Цель и задачи исследования.

2 Теоретические предпосылки к обоснованию и разработке ресурсосберегающих процессов и технических средств переработки мясокостных отходов звероводства и птицеводства.

2.1 Методические основы ресурсосбережения при переработке мясокостных отходов звероводства и птицеводства.

2.2 Системный подход к исследованию режимов работы ПТЛ и оптимизации их состава.

2.3 Анализ факторов, определяющих формирование входного потока ПТЛ сухих кормов.

2.3.1 Объект исследования и внешние факторы ПТЛ.

2.3.2 Формирование входных параметров ПТЛ сухих кормов (статистические модели С, W, d).

2.4 Аналитический расчет производительности взаимодействующих в ПТЛ машин.

2.5 Моделирование работы технологической линии для приготовления СЖК из жирового сырья.

2.5.1 Основные принципы построения моделей.

2.5.2 Критерий эффективности работы линии.

2.5.3 Блок-схема моделирования взаимодействия машин в ПТЛ.

2.6 ПТЛ сухих кормов как система массового обслуживания.

2.7 Моделирование работы технологической линии приготовления сухих кормов из маложирного сырья.

2.7.1 Марковские процессы как динамика вероятностей.

2.7.2 Вероятности состояний ПТЛ по результатам наблюдений.

3 Теоретические предпосылки к обоснованию и оптимизации рабочих органов и режимов работы измельчителей технологических линиях СЖК.

3.1 Аналитическое описание процесса измельчения кости различными рабочими органами.

3.1.1 Анализ воздействия режущего инструмента на кость.

3.1.2 Анализ воздействия молотков на кость.

3.1.3 Анализ воздействия на кость рабочих органов вальцовой мельницы.

3.2 Обоснование конструктивно-технологической схемы измельчителя с плосковращательным режущим аппаратом.

3.3 Идентификация рабочего процесса работы измельчителя мясокостного сырья.

3.3.1 Технологический процесс работы измельчителя как сложной динамической системы.

3.3.2 Модели функционирования измельчителя в реальных условиях эксплуатации.

3.3.3 Вероятностно-статистические оценки технологического процесса измельчителя.

3.4 Моделирование процесса измельчения кости методом «накопления повреждений».

4 Методика и результаты экспериментального исследования и моделирования работы технологических линий приготовления СЖК.

4.1 Оптимизация состава ПТЛ сухих кормов для переработки жирового сырья в звероводстве методом статистического моделирования.

4.1.1 Методика экспериментальных исследований.

4.1.2 Статистические модели входного потока ПТЛ.

4.1.3 Эксплуатационные показатели и статистические модели работы машин в ПТЛ.

4.1.4 Моделирование взаимодействия машин в ПТЛ.

4.2 График-номограмма для определения оптимального состава ПТЛ по производительности ее участков.

4.3 Оптимизация состава ПТЛ сухих кормов для переработки маложирного сырья в птицеводстве методом моделирования дискретными марковскими цепями.

4.3.1 Методика исследования работы линии.

4.3.2 Методика и результаты моделирования.

Выводы.

5 Методика и результаты экспериментальных исследований процессов и рабочих органов машин в линии производства СЖК.

5.1 Исследование процесса измельчения кости пушных зверей и птицы в лабораторных условиях.

5.1.1 Экспериментальное определение разрушающих напряжений мри сжатии кости.

5.1.2 Экспериментальное определение касательных напряжений среза при резании кости.

5.2 Определение удельной работы резания костного сырья.

5.3 Исследование и оптимизация процесса измельчения кости различными рабочими органами.

5.3.1 Приборы и методика экспериментальных исследований.

5.3.2 Оптимизация рабочего процесса измельчителя с плосковращательным режущим аппаратом.

5.3.3 Оптимизация рабочего процесса молотковой дробилки.

5.3.4 Оптимизация рабочего процесса вальцового измельчителя.

5.4 Методика и результаты моделирования процесса измельчения поглощающими марковскими цепями.

5.5 Методика и результаты идентификации измельчителя с режущим аппаратом.

5.6 Исследование рабочего процесса горизонтальных вакуумных котлов.

5.6.1 Задачи и методика исследования.

5.6.2 Анализ полученных зависимостей.

5.6.3 Определение времени и скорости рабочего процесса.

5.7 Интенсификация процесса измельчения и тепломассообмена в горизонтальных вакуумных котлах.

5.7.1 Обоснование конструкции рабочих органов смесителя котла.

5.7.2 Эксергетический анализ замкнутой теплоаккумулирующей системы для горизонтальных вакуумных котлов.

5.7.2.1 Аккумулирование теплоты соковых паров для последующего разогрева сырья в котле.

5.7.2.2 Диссипация полезной работы в процессе аккумулирования энергии.

5.7.2.3 Общий анализ цикла аккумулирования.

5.7.2.4 Определение примерных характеристик процесса теплообмена при разогреве сырья для котлов КВМ-4,6.

5.8 Обоснование конструкции шнекового рабочего органа для транспортирования сырья и шквары.

Выводы.

6 Экономическая эффективность производства сухих животных кормов в условиях сельскохозяйственных предприятий.

6.1 Типоразмерный ряд ПТЛ приготовления сухих кормов.

6.2 Оптимальное размещение цеха СЖК для зверохозяйств Республики Карелия.

6.3 Сравнительная оценка измельчителей.

6.4 Экономическая оценка и реализация результатов исследований.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности технологических линий утилизации отходов звероводства и птицеводства в сухие животные корма путём оптимизации их состава и совершенствования технических средств»

В общих издержках производства шкурок пушных зверей, яйца, мяса птицы затраты на корма и их приготовление составляют 70.75% /52,56 /.В связи со структурной перестройкой экономики Российской Федерации в ^ 1991. .2000 годах происходил резкий рост стоимости, как мясорыбных потребляемых в звероводстве, так и концентрированных кормов — основы сухого типа кормления в птицеводстве. Это привело к кризису в отраслях — число хозяйств значительно сократилось. Одновременно, можно отметить, что в этих отраслях есть внутренние резервы, которые используются далеко не полностью.

Изменения в кормовой базе звероводства начали происходить еще раньше, с 1980-годов,когда в рационы зверей стали включать морепродукты, китовое мясо, криль, рыбную муку из малоценных пород рыбы. Научный прогноз отдела кормления НИИ пушного звероводства и кролиководства им. В.А.Афанасьева /187/ предсказывал, что потребность пушных зверей в протеине животного происхождения будет удовлетворятся за счет увеличения в рационах мясокостной и рыбокостной муки. Исследования Н.Ш.Перельдика, Г.С.Таранова, П.Т.Клецкина, В.С.Снытко, Е.С.Цветковой, Ю.Т.Тихонова и др. /ххххххххххххххххххх/ показывают высокую эффективность использования сухих кормов в рационах зверей. В звероводческой отрасли переход на * сухой тип кормления - это перспективный путь развития, так как позволяет значительно снизить себестоимость производимой продукции за счет ликвидации затрат на содержание таких основных фондов, как холодильники, кормоцеха, автомобили - рефрижираторы и др.

В Республике Карелия имеется опыт использования сухих кормов для зверей зарубежного производства, когда в период обострения кризиса традиционной кормовой базы, ряд хозяйств закупал для спасения поголовья основного стада сухие корма в Финляндии. Основой этих кормов является мя-# сокостная мука. Содержание в рационах зверей рыбы, океанических продуктов, рыбокостной муки значительно упало из-за их высокой стоимости, но увеличивается доля костных субпродуктов, они начинают занимать ведущее место в рационах кормления зверей. В птицеводстве, практикующем сухой тип кормления, мясокостная мука используется давно, как белково-витаминная и минеральная добавка к концентрированным кормам растительного происхождения. Активно используют мясокостную муку комбикормовые заводы, балансируя производимую продукцию по содержанию переваримого протеина и минералам. ** Удовлетворение потребностей отраслей в мясокостной муке может происходить двумя путями: приобретение ее на сложившемся рынке или собственное производство внутри хозяйств из отходов основного производства. Рынок мясокостной муки в РФ сейчас испытывает определенное оживление в связи с запретом ввоза в страну мясокостной муки из стран Западной Европы, составлявшей конкуренцию местным производителям. По материалам Интернета (сайт sdelka.Ru ) более десятка фирм и компаний из многих областей России предлагают для реализации мясокостную муку с содержанием протеина от 35 до 55% по цене 6.7,5рублей за килограмм. Тем не менее масштабы производства мясокостной муки в нашей стране незначительны (предложения продаж от 10 до 600 тн. в месяц) и на много уступают по объемам продукции выпускаемой в странах общего рынка.

Мы отмечаем, что в звероводстве и птицеводстве имеется своя сырье-^ вая база для получения мясокостной муки (сухих животных кормов) внутри хозяйств на основе отходов животного происхождения, получающихся в результате повторяющихся производственных циклов. В среднем зверохозяй-стве (4.5тыс. голов основного стада) выход сырья может составить до 300 тонн в год в результате осеннего забоя выращенных щенков зверей, кормовых отходов и условно годного мясокостного сырья. Аналогично, на птицефабрике с поголовьем птицы 100. 150 тыс.кур-несушек выход сырья достигает до 700 тонн в год за счет отходов забойного и инкубационного цехов и падежа птицы. Это важный внутрихозяйственный резерв для укрепления кормовой базы предприятий.

Переработка сырья животного происхождения в хозяйствах может осуществлятся двумя способами: на непрерывно-поточных линиях и линиях периодического принципа действия с горизонтальными вакуумными котлами. Активно рекламируется и продвигается в производство разработка НИИ мясной промышленности непрерывно-поточные линии Я8-ФОБ-МА05 и Я8-ФОБ-МАОб , прототипом которых являлась линия СЖК-100 неудовлетворительно зарекомендовавшая себя в зверохозяйствах. На ветсанутильзаводах (Арзамасский , Вапуйский и др.) и большинстве мясо перерабатывающих предприятий традиционно используют для производства мясокостной муки горизонтальные вакуумные котлы производства Волховского машиностроительного завода. При примерно одинаковой стоимости технологических линий в с/х производстве чаще используются линии с вакуумными котлами. Достоинством их является высокая универсальность при переработке разнородного мясокостного сырья, надежность и простота в эксплуатации, при несколько больших расходах теплоносителя (пара) имеют меньшую установленную мощность электроприводов (40 и 80 квт.).

Изучение работы линий приготовления мясокостной муки в условиях с/х предприятий позволили обобщить недостатки,имеющие место при их эксплуатации. Это отсутствие, в большинстве случаев, операции предварительного измельчения, отсутствие компенсирующих емкостей, потери тепла с конденсатом и соковыми парами, колебания влажности и жирности готового продукта, большой процент выхода недоизмельченной кости. Отсюда воз-«ц никает необходимость оптимизации состава технологических линий, разработка и оптимизация рабочего процесса измельчителей для предварительного измельчения сырья и окончательного измельчения шквары (схода кости-паренки),разработки мероприятий и технических средств,снижающих потери тепла.

Анализ исследований по данной тематике показал, что наряду с глубокими исследованиями отдельных технологических процессов и технических средств, нет комплексных исследований производства СЖК в условиях зве-рохозяйств и птицефабрик. Выполненные ранее исследования недостаточны для решения ряда практических задач, связанных с этой проблемой и не обеспечивают дальнейшего внедрения экологически и экономически выгодной ресурсосберегающей технологии производства СЖК.

Основная цель настоящей работы заключается в обосновании оптимального состава технологических линий, конструктивных схем, рабочих органов и режимов работы входящих в них машин, обеспечивающих снижение затрат при производстве сухих животных кормов, отвечающих требованиям ГОСТ 17536-82, в условиях зверохозяйств и птицефабрик.

На защиту выносятся следующие научные положения:

- методология системного подхода к оценке функционирования линий приготовления СЖК, что позволило рассмотреть отдельные операции технологии во взаимосвязи, оптимизировать состав, структуру и режим работы поточной линии;

- математическая модель, алгоритм и программа расчета на ПЭВМ рационального набора машин для комплектования переработываемого сырья;

- методика и результаты имитационного моделирования на ПЭВМ процесса функционирования линии;

- методика вероятностно-статистического моделирования линии марковскими цепями по критерию затрат;

- математические модели рабочего процесса измельчителя: мясокостного сырья (измельчитель с плоковращательным режущим аппаратом), шквары и кости-паренки (молотковая дробилка и вальцовая мельница), их конструктивные параметры и режимы работы;

- методика моделирования работы измельчителей вероятностными моделями накопления повреждений (В-модели);

- комплекс научно-технических разработок для модернизации линии 0 приготовления СЖК (A.C. №1169573, 1666721 и др.).

Диссертация является научным трудом, в котором на основании выполненных автором исследований и разработок изложены научно обоснованные технологические и технические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в укрепление экономики с/х предприятий отраслей звероводство и птицеводство.

Предлагаемая к публичной защите работа обобщает многолетние исследования, выполненные лично автором и при его непосредственном участии в соответствии с планом НИР и ОКР Министерства сельского хозяйства РФ ( Ш Госагропрома СССР) и РАСХН по решению научно-технической проблемы 0. сх. 80 и 0. сх. 102 (1981-1985 г.г.) и 0. 51. 12 (1986-1990 г.г.), планом НИР С-ПбГАУ и Зверопрома РФ, а также в соответствии с разделом 10.2.19. Аграрная политика «Концепции социально-экономического развития Республики Карелия» на период 1995-2005 годы, задача 2 «Снижение затрат на производство с/х продукции и повышение ее конкурентнопособности на рынке». s

Автор выражает искреннюю благодарность и глубокую признательность доктору технических наук, профессору, заслуженному деятелю науки и техники РФ Б.И.Вагину, оказавшему большую помощь ценными консультациями и замечаниями и принявшему непосредственное участие в решении ряда вопросов настоящей работы. Он благодарит также доктора технических наук, профессора Н.А.Барсова и кандидата технических наук В.Ю.Карпина, принявших участие в выполнении отдельных этапов работы. В соответствующих разделах диссертации на соавторов сделаны ссылки.

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Малинов, Геннадий Иванович

9 Результаты исследования рабочего процесса вакуумных котлов показали, что при предварительном измельчении тушек зверей и птицы время сушки сокращается на 0,25.0,3 часа. Предлагаемая конструкция рабочего органа смесителя по А.С. 1660721 для вакуумных котлов улучшает режим его работы. Эксергетический анализ работы котлов в режиме теплового аккумулятора показал, что энергетический к.п.д. котлов может быть увеличен на 10. .15%.

10 Предлагаемые в диссертации теоретические предпосылки и методы статистического моделирования могут широко использоваться в исследованиях и практической работе. Технологические и технические решения, обеспечивающие снижение затрат при производстве сухих животных кормов на 15.20 %, приняты для внедрения Министерством сельского хозяйства Республики Карелия с расчетным экономическим эффектом 0,12.0,15 рубля на голову норки и 0,05.0,08 рубля на голову птицы. 1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

12

13

14

15

16

17

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Малинов, Геннадий Иванович, 2003 год

1. Абрамов М.Д. Норководство / М.Д.Абрамов. М.: Колос, 1974. - 208с.

2. Абрамов М.Д. Технология будущего должна быть реалистичной / М.Д.Абрамов // Кролиководство и звероводство. -1981.- №3. С. 17-19.

3. Агеев JI.E. Основы расчета оптимальных и допускаемых режимов работы машинно-тракторных агрегатов / Л.Е.Агеев. Л.: Колос, 1978. -296с.

4. Адамович М. Энергетическая эффективность сельскохозяйственного производства в странах — членах СЭВ / М. Адамович // Междунар. с/х журнал. 1980. - №2. - С.94-97.

5. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П.Адлер, Е.В.Маркова, Ю.В.Грановский. -М.: Наука, 1976. -280с.

6. Алгоритмы оптимизации промышленного животноводства (в системе АСУ-Сельхоз) / Под ред. Ю.А.Вантюсова. Саранск: Изд-во Мордовск. ин-та, 1980. - 59с.

7. Алешкин В.Р. Сравнение измельчителей грубых кормов по обобщенному критерию / В.Р.Алешкин, В.А.Сысуев // Тр. ин-та. Кировский СХИ. - 1981. - Т.72. - С. 12-19.

8. Алешкин В.Р. Изучение рабочего процесса экспериментального измельчителя с применением релейного метода обработки данных / В.Р.Алешкин, В.Г.Мохнаткин // Механизация процессов в животноводстве и кормопроизводстве. Пермь, 1985. - С.9-13.

9. Механизация животноводства / Под ред. С.В.Мельникова. М.: Агропромиздат, 1985. - 336с.

10. Алешкин В.Р. Оптимизация параметров измельчителя грубых кормов / В.Р.Алешкин, В.И.Стяжкин // Механизация процессов в животноводстве Пермь, 1986. — С.20-22.

11. Андреев В.Н. Принятие оптимальных решений / В.Н.Андреев, Ю.Ю.Герасимов. Йоэнсуу: Изд-во ун-та Йоэнсуу, 1999. - 200с.

12. Артюшин A.A. Определение статистических и динамических характеристик машин / А.А.Артюшин // Исследование машин и оборудования для механизации звероводства. Подольск, 1988.-С.4-17.

13. Артюшин A.A. Повышение качества функционирования технических систем хранения и приготовления кормов на животноводческих предприятиях: Автореф. дис. д-ра техн. наук / А. А. Артюшин. Л., 1990. - 38с.

14. A.c. 1169573 СССР МКИ А01 К5/00. Питатель кормов / А.М.Цыпук, Г.И.Малинов; (СССР). -2с.: ил.

15. A.c. 1660721 СССР МКИ В01 F7/08. Смеситель / Р.И.Аюкаев, Г.И.Малинов, В.Д.Журавлев и др.; (СССР).-Зс.: ил.

16. Асмаев М.П. Моделирование процессов пищевых производств / М.П.Асмаев, Ю.Г.Корнилов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 175с.

17. Афанасьев В.А. Основы промышленного производства клеточной пушнины в звероводческих совхозах: Автореф. дис. д-ра с/х наук / В.А.Афанасьев. М., 1968. - 37с.18