Обоснование ресурсосберегающей технологии и параметров рабочих органов установки для приготовления витаминизированной кормовой смеси

Одновременно с ростом потребности населения в продукции животноводства наблюдается некоторое снижение объемов ее производства, причиной которого является ее низкая рентабельность.

Определяющей причиной роста себестоимости продукции животноводства является высокая стоимость кормов, затрачиваемых на единицу продукции и нерациональное их использование.

Одной из причин перерасхода кормов выступает несбалансированность рационов, что проявляется, особенно в зимних рационах, в избытке белка при недостатке легкоферментируемых углеводов, витаминов и каротина.

Кормление животных полнорационными сбалансированными кормовыми смесями позволяет сэкономить 10−15% кормов, повысить продуктивность коров на 5−9%, увеличить привесы молодняка на 11−20% по сравнению с теми же показателями при поочередной раздаче компонентов [92- 82].

Для достижения максимального эффекта кормосмесь должна обеспечивать: потребность животных в энергии и питательных веществах, полную поедаемость кормов, хорошую усвояемость питательных веществ и сокращение расхода кормов на единицу продукции.

Эффективность работы технических систем по приготовлению полнорационных кормовых смесей во многом зависит от технологии, выбор которой предопределяется следующими факторами: видом животныхколичеством компонентов в смеси и их питательными свойствамиисходными физико-механическими свойствами компонентовмассой каждого компонента в смесиспособом подготовки компонентов до смешивания.

Основным из недостатков кормоцехов является низкая надежность и работоспособность оборудования. Немаловажным фактором, влияющим на эксплуатационную надежность техники в поточных технологических линиях (ПТЛ) является количество машин в комплекте, которое, прежде всего, зависит от принятой технологии. Опыт эксплуатации ПТЛ показал, что чем меньше машин в линии, тем, при прочих равных условиях, она менее энергоемка и более надежна в эксплуатации, что в свою очередь, позволяет снизить себестоимость кормов [82].

Одна из наиболее достижимых возможностей уменьшения количества оборудования для приготовления кормовых смесей просматривается в уменьшении количества компонентов в смеси и сокращении числа их обработок, при условии соблюдения норм кормления, предусмотренных зоотехническими требованиями.

Очевидно, что стоимость кормовых смесей будет определяться стоимостью компонентов, входящих в нее. Учитывая высокую стоимость концентрированных кормов и корнеклубнеплодов, уменьшение их доли в кормосмеси будет способствовать и снижению ее себестоимости.

В условиях увеличения объемов производства зерна возникает необходимость более эффективного использования побочных сельскохозяйственных продуктов, имеющихся в больших количествах и не находящих широкого применения.

Солома и стебли кукурузы имеют себестоимость более чем в 10 раз меньшую по сравнению с зерном и высокий выход белка и кормовых единиц с гектара (примерно на одном уровне с зерном овса), но выход конверсионного белка незначительный [14- 48- 51].

В свою очередь, применение технологий и технических средств для биологической, химической и термохимической обработки соломы с целью повышения содержания в ней усвояемых животными питательных веществ влечет за собой значительные издержки, обусловленные высокой энергоемкостью и трудоемкостью данных способов.

Таким образом весьма актуальной является проблема повышения удельного веса в структуре рационов кормления животных объемистых кормов без их дополнительных энергоемких и трудоемких обработок, но с учетом достижения ими достаточной питательной и белковой ценности и, вместе с тем, сокращение до физиологически необходимой нормы доли концентрированных кормов.

Переваримость сырых питательных веществ соломы можно повысить подбором кормовых компонентов в смеси при создании оптимальных условий для жизнедеятельности бактерий рубца животных. Поэтому в рационы, содержащие солому, необходимо включать легкопереваримые углеводы в нужном сахаропротеиновом соотношении [32].

При правильно составленном рационе переваримость соломы значительно выше, чем переваримость при других способах подготовки ее к скармливанию. Соотношение сахара, крахмала и целлюлозы в кормосмеси, составляющее 1:2:57,5, повышает переваримость грубых кормов[3- 32].

Наиболее перспективным в данном случае видится смешивание соломы с зелеными кормами, полученными гидропонным методом из зерна. Содержание Сахаров и крахмала в остатках проросшего зерна, корнях и зеленой массе полностью обеспечивает сахаропротеиновое соотношение, необходимое для увеличения переваримости соломы.

Кроме того, зеленая масса обеспечивает содержание в кормовой смеси витаминов и минеральных веществ в необходимом количестве даже в стойловый период.

Эффективность использования гидропонного зеленого корма можно описать следующими показателями: выход зеленого корма из 1 кг зерна 6.8 кгснижение расхода кормов — 10.20%- снижение заболеваний животных — 50.80%- увеличение среднесуточного прироста живой массы — 10−15%- увеличение выхода молока — 12. 18% [21- 56- 58- 60].

Однако простое смешивание измельченной соломы с зеленым кормом менее эффективно, нежели их совместное приготовление, при котором зеленый корм выращивается не отдельно, методом традиционной гидропоники, а на субстрате из соломенной резки.

Взаимное положительное влияние измельченной соломы на процесс выращивания зеленого корма, создающей необходимые условия для полноценного развития растений, обеспечивая водно-воздушный и тепловой режимы для корней с одной стороны и прорастающего зерна на солому с другой говорит о целесообразности применения подобного способа.

Целью исследований является теоретическое и экспериментальное обоснование ресурсои энергосберегающей технологии приготовления полнорационной кормовой смеси с использованием наименьшего количества компонентов для уменьшения числа поточных технологических линий, снижения количества дорогостоящего и энергоемкого оборудования, сокращения расхода топливно-энергетических ресурсов. Разработка технического средства для принятой технологии и обоснование конструктивных параметров его рабочих органов. Наряду с этим работа нацелена на изыскание возможностей, позволяющих увеличить объем использования малоценных грубых кормов без дополнительных обработок в рационах крупного рогатого скота в крестьянских и фермерских хозяйствах.

Задачи, стоящие перед нами, сводятся к обоснованию технологии приготовления витаминизированной малокомпонентной кормовой смеси, на основе соломы и проращенного зерна, отвечающей всем зоотехническим требованиям и содержащей все элементы необходимые для нормального развития животных.

Для достижения поставленной цели, прежде всего, необходимо: с учетом зоотехнических норм кормления разработать ресурсосберегающую технологию приготовления витаминизированной кормовой смеси с использованием наименьшего числа компонентов с целью сокращения количества энергоемких операций при обработке кормовэкспериментально определить оптимальные физико-механические параметры слоя измельченной соломы, обеспечивающие необходимый для развития растений водно-воздушный режим;

— проанализировать влияние температурно-влажностного и светового режимов на интенсивность прорастания зелени и качество получаемого конечного продукта;

— определить зависимость количества и качества витаминизированной кормовой смеси от норм высева зерна на 1 м²;

— провести анализ полученной кормовой смеси по питательности и провести оценку химического состава соломы до начала приготовления смеси и после него;

— разработать устройство для равномерного распределения зерна по поверхности проращивания с учетом минимального процента семян поврежденных рабочими органами и экспериментально определить равномерность распределения;

— по принятой технологической схеме и на основании теоретических и экспериментальных исследований разработать ресурсосберегающую установку для приготовления смеси, и обосновать параметры ее рабочих органов.

— разработать технический проект установки и дать рекомендации по ее эксплуатации;

— провести испытания предложенной установки в лабораторных и производственных условиях;

— определить экономическую эффективность предложенного способа и установки для приготовления кормовой смеси.

Объект исследования — технологический процесс приготовления витаминизированной кормовой смеси на основе измельченной соломы и пророщенного на ней зерна.

Предмет исследования — закономерности изменения качественных и количественных показателей процесса от физико-механических свойств слоя соломы и технологических параметров при выращивании зеленого корма. Научная новизна работы заключается в следующем:

— рассмотрены водно-физические свойства слоя соломы при использовании ее в качестве корнеобитаемой среды;

— разработана математическая модель процесса капиллярного насыщения слоя соломы водой в количестве, достаточном для полноценного роста растения;

— определены закономерности метаболизма растений при приготовлении кормовой смеси путем проращивания зерна на слое соломенной резки;

— установлено и обосновано влияние технологических параметров, таких как продолжительность замачивания, нормы высева, температура и влажность окружающего воздуха, продолжительность светового дня на урожайность зеленого корма;

— определена питательная ценность кормовой смеси, приготовленной по предлагаемой технологии.

Практическую ценность работы составляют:

— разработанная и обоснованная технологическая схема приготовления кормовой смеси;

— разработанная и обоснованная конструктивная схема установки для приготовления кормовой смеси по заявке на изобретение Российской Федерации № 2 004 100 858 от 15.01.04.

— методика расчета конструктивно-технологических параметров рабочих органов установки для приготовления кормовой смеси.

На защиту выносятся: технологическая схема приготовления малокомпонентной витаминизированной кормовой смеси на основе ресурсосберегающей технологии;

— закономерности изменения качественных и количественных показателей процесса приготовления кормовой смеси от технологических параметров;

— результаты лабораторных и производственных исследований;

— технологическое решение для реализации процесса приготовления кормовой смеси и параметры его рабочих органов;

— методика инженерного расчета параметров рабочих органов установки для приготовления кормовой смеси. и.

Выводы, которые можно сделать из анализа результатов экспериментов по изучению водно-физических свойств слоя соломы заключаются в следующем:

— Даже при трехкратном уплотнении по сравнению с насыпной соломой слой является избыточно пористым, так как Робщ>70% (по А.Н.Качинскому). Тем не менее, дальнейшее уплотнение при данной конструкции установки малодостижимо и может привести к увеличению самосогревания соломы, что окажет отрицательное влияние на корни и повлечет за собой ускорение процессов разложения соломы. Вместе с тем, по мере развития растений их корневая система занимает значительное количество пор, что снижает общую пористость. Поэтому значение пористости, полученное для плотности р=90 кг/м3 можно считать допустимым.

— На капиллярную влагоемкость большее влияние оказывает толщина слоя, нежели его плотность. В тонком слое корневые системы растений сильно уменьшают эффективный размер межагрегатных пор, что влечет за собой увеличение гидравлического сопротивления среды. На очень толстых слоях растения будут испытывать дефицит влаги до того времени, пока корневая система не разрастется. В подобном случае необходимо увеличивать частоту поливов, что приводит к увеличению расхода воды. Следовательно, толстые слои использовать нерационально, а наиболее оптимальным можно считать слой толщиной 120. 150 см.

— Водоудерживающая способность слоя соломы с увеличением плотности первоначально растет стремительно, а при дальнейшем уплотнении интенсивность роста растений резко падает. Вызвано это тем, что объем межагрегатных пор насыпной сломы слишком велик для того, чтобы удержать достаточное количество влаги. При уплотнении же соломы более чем вдвое количество межагрегатных пор значительно увеличивается, но их эффективный объем снижается. Тем не менее, плотность слоя после трехкратного уплотнения соломы можно считать наиболее приемлемой.

5.2. Обработка и анализ результатов исследований влияния технологических параметров на количество и качество кормовой смеси.

Проведенный эксперимент по определению влияния продолжительности замачивания на энергию прорастания зерна показал, что увеличение продолжительности замачивания для овса и ячменя значительного влияния на энергию прорастания зерна не оказывает (табл. 5.1.), поэтому, в целях экономии расхода воды при предлагаемом способе замачивания, достаточно 10.15 мин. Более того, слишком длительное нахождение зерна в воде несколько снижает способность прорастания (на 5. 7% уменьшается количество проросших зерен). Такая же тенденция некоторого снижения способности прорастания наблюдается для ржи, пшеницы и гороха, но в менее существенных пределах (2. .3%).

Продолжительность замачивания зерна, час. Продолжительность прорастания до 10 мм, ч.

Овес Ячмень Рожь Пшеница Горох.

0,25 78 76 — ;

0,5 78 78 — ;

1 74 78 75 82 84.

1,5 72 77 72 74 76.

2 72 78 72 72 75.

2,5 72 74 69 72 72.

Вместе с тем при малой продолжительности замачивания зерна гороха, ржи и пшеницы прорастания либо не наблюдается совсем, либо протекает замедленно при низкой способности прорастания. Чрезмерное же увеличение продолжительности замачивания заметно снижает энергию прорастания.

При этом, учитывая первоначальную влажность зерна, оптимальные показатели продолжительности замачивания будут колебаться в незначительных пределах.

Таким образом, по результатам эксперимента наиболее оптимальными показателями продолжительности замачивания являются для овса и ячменя 10.20 мин, для ржи, пшеницы и гороха 60.90 мин.

Обработка дальнейших результатов экспериментов по определению влияния изменения технологических параметров на урожайность зеленого корма и зеленой массы проводилась следующим образом.

Учитывая то, что влажность и температура окружающего воздуха находятся в пропорциональной зависимости, в качестве контролируемых параметров были выбраны температура и продолжительность светового дня (см. прилож. 4, 6, 8).

Математическая обработка результатов эксперимента по определению влияния температуры и продолжительности светового дня на урожайность зеленого корма и зеленой массы произведена на персональном компьютере при помощи функции ЛИНЕЙН программного продукта Microsoft Exel (прилож. 5, 7, 9).

В результате линейного регрессионного анализа получены следующие уравнения множественной регрессии для урожая зеленого корма Yj и урожая зеленой массы Y2 при разных нормах высева:

Для нормы высева 4 кг/м.

Y,=18,6711+0,06Х,+0,0663Х2.

Y2=6,77 333+0,01Х,+0,0367Х2.

Для нормы высева 5,5 кг/м2.

Y,=33,3933+0,01Х,+0,0412Х2.

Y2=7,25 667+0,01Х,+0,0229Х2 л.

Для нормы высева 7 кг/м.

Y,=35,3078+0,03Х,+0,0862Х2 Y2=4,94+0,02Xi+0,085X2.

На основании уравнений множественной регрессии построены графики зависимости урожая зеленого корма от температуры и продолжительности светового дня и урожая зеленой массы от температуры и продолжительности светового дня при разных нормах высева (рис. 5.5, 5.6, 5.7).

Рис. 5.5. Зависимость урожая зеленого корма и зеленой массы от температуры и продолжительности светового дня при норме высева 4 кг/м" .

У (корма).

У (массы).

Рис. 5.6. Зависимость урожая зеленого корма и зеленой массы от температуры и продолжительности светового дня при норме высева 5,5 кг/м2.

У (корма) массы).

Рис. 5.7. Зависимость урожая зеленого корма и зеленой массы от температуры и продолжительности светового дня при норме высева 7 кг/м2.

Графическое изображение результатов эксперимента наглядно показывает, что увеличение температуры окружающего воздуха с 20 до 25 °C и увеличение продолжительности светового дня с 16 до 20 часов на изменение урожая зеленого корма и зеленой массы существенного влияния не оказывает. Следовательно, данное увеличение, с точки зрения использования электрической и тепловой энергии, не рентабельно.

Вместе с тем, снижение, как температуры воздуха, так и продолжительности светового дня значительно снижает урожайность.

Таким образом, анализ влияния нормы высева проводился при оптимальных параметрах температуры и продолжительности светового дня.

25 20.

34.29 гълг.

А 5,5 7.

—.

37,46.

1 2 3 Норма высеаа зерна. ¦ Урожай зеленого корма.

Рис. 5.8. Зависимость урожая зеленого корма от нормы высева. Взвешивание зеленого корма из разных секций аквариума показало, что при малых нормах высева значительно снижается урожай зеленого корма. Это приводит к снижению производительности установки, и несоответствию витаминизированной кормосмеси предъявляемым к ней зоотехническим требованиям (т.е. несбалансированности рациона).

Следующим этапом эксперимента было отделение зелени от корней и остатков зерна и взвешивание ее.

Результаты взвешивания показали, что с увеличением плотности посадки урожай зеленой массы возрастает не значительно, так как ухудшаются условия роста растений, растения хуже освещаются и уменьшается площадь их питания и воздухообмена.

25 Щ.

3 20 с S.

15 10.

5 0.

1 2 3 Урожай зеленой массы. ¦ Урожай зеленого корма. Рис. 5.9. Диаграмма соотношения зеленого корма и зеленой массы, содержащейся в нем.

Очевидно, что высокая урожайность зеленого корма при больших нормах высева зерна обуславливается не увеличением зеленой массы, а увеличением выхода корней и остатков зерна, в том числе и непроросшего, что, в конечном счете, не рентабельно.

Исследования высоты зелени показало, что наибольшего показателя она достигает при уменьшении плотности посадки, что вызвано лучшим освещением и воздухообменом. Норма высева семян, кг/кв.м. ¦ Высота растений, см. Рис. 5.10. Диаграмма влияния нормы высева зерна на высоту растений.

Таким образом, на основании проведенных исследований можно заключить, что уменьшение нормы высева зерна нежелательно вследствие снижения урожая, а увеличение приведет к нерациональному использованию зерна.

На диаграмме изменения плотности посадки в зависимости от нормы высева (рис. 5,11) видно, что стремительное увеличение плотности посадки на.

60 шт/дм при переходе нормы высева от 4 кг/м до 5,5 кг/м, падает всего до.

Л «Л л увеличения на 20 шт/дм при переходе нормы высева от 5,5 кг/м до 7 кг/м. 760 -г.

720 ш 700.

2 ^.

Э 680 -660 -640 -620.

1 2 3.

Рис. 5.11. Диаграмма изменения плотности посадки в зависимости от нормы высева:

1 — 4 кг/м2- 2−5,5 кг/м2- 3−7 кг/м2. л.

Исходя из этого, оптимальными можно считать нормы высева от 5 кг/м до Л.

5,5 кг/м. Этими значениями мы и будем оперировать в дальнейшем при определении производительности дозатора-питателя зерна.

Наблюдения, проводившиеся за скоростью роста зелени и корней (рис. 5.12. и 5.13.) показали, что интенсивность роста зеленой массы по прошествии 10. 12 дней заметно снижается, так же как и интенсивность роста корней, которые к этому сроку достигают длины 120. 150 мм и пронизывают весь пласт соломы.

1 23 456 789 10.

Дни.

Рис. 5.12. Интенсивность роста растений.

14 12 10.

J 6 4 -2 0.

123 456 789 10.

Дни.

Рис. 5.13. Интенсивность роста корней.

Таким образом, выращивание зеленого корма свыше 10 дней снижает производительность установки. Кроме того, анализ изменения питательности кормовой смеси в зависимости от нормы высева и продолжительности выращивания зеленого корма (табл 5.2) говорит о том, что при норме высева 5,5 кг/м питательность кормовой смеси (зеленый корм вместе с соломой) начинает снижаться по истечении 10 дней.