К грубым кормам относят сено, солому, мякину, тростник, стебли кукурузы, шелуху семян ряда культур и др. Эти корма содержат большое количество (до 40%) трудноперевариваемой клетчатки, вследствие чего являются весьма жесткими и без предварительной подготовки плохо поедаются животными. Обычно перед скармливанием их подвергают механической и тепловой обработке. Биологические и химические способы обработки грубых кормов улучшают не только их вкус, но и перевариваемость и питательность. Сено хорошего качества, отвечающее требованиям стандарта, коровам и овцам скармливают без подготовки.
Солома, сено низшего качества и другие грубые корма подвергают измельчению. При измельчении соломы и сена размер резки должен составлять для крупного рогатого скота 40-50 мм, для лошадей – 30-40 мм и овец – 20-30 мм. Более мелкую резку (длина измельченного корма 5-10 мм) применяют при смешивании грубых кормов с сочными.
При измельчении грубостебельных кормов для каракульских овец длина резки должна составлять 3-9 мм. При производстве травяной муки для свиней и птицы высушенную траву измельчают до размеров частиц менее 1 мм.
К сочным кормам относят корнеплоды, картофель, зеленый корм, силос и пищевые отходы, содержащие до 75% картофеля. Корнеплоды и картофель подвергают мойке, резке и смешиванию. Корнеплоды рекомендуется скармливать крупным коровам в целом виде, а свиньям и птице – в измельченном. Толщина резки, мм, корнеплодов для скармливания крупному рогатому скоту должна составлять 10-15, телятам – 5-10, свиньям – 5-10 и птице – 3-4. Картофель скармливают крупному рогатому скоту в сыром и измельченном виде, а свиньям — в вареном, в смеси с концентратами и травяной мукой. Вареный (запаренный) картофель мнут на картофелемялке. Все корнеклубнеплоды во избежание порчи необходимо готовить непосредственно перед скармливанием (не более чем за 2 ч).
Для обработки корнеклубнеплодов необходимо использовать комбинированные машины и агрегаты, которые выполняют не менее двух технологических операций, обеспечивая поточность и высокое качество приготовления кормов.
Сравнение качества работы измельчителей показывает, что из машин с рубящими рабочими органами наиболее эффективны ИКМ-5 и ИКМ-Ф-10. В этих машинах затраты энергии при измельчении сахарной свеклы составляют соответственно 4,1 и 3,6 кДж/кг.
Измельчитель-камнеуловитель ИКМ-5 предназначен для очистки от камней, мойки, измельчения корне- и клубнеплодов и подачи их в накопители-дозаторы или транспортные средства. ИКМ-5 имеет два режима частоты вращения диска (500 и 1000 об/мин) для изменения степени измельчения (соответственно для крупного рогатого скота и свиней). Он состоит из следующих сборочных единиц: ванны, подъемного шнека диаметром 400 мм, измельчителя с ножевым рабочим органом дискового типа и скребкового транспортера для удаления инородных предметов. Шнек служит для мойки и подачи корне- и клубнеплодов из ванны к измельчителю, а также для отделения клубней от камней.
Измельчитель имеет литой корпус, нижний и верхний диски диаметром 400 мм с двумя вертикальными и четырьмя горизонтальными ножами, которые закреплены непосредственно на валу двухскоростного электродвигателя мощностью 7,5 кВт. Для переработки мерзлых корнеплодов измельчитель комплектуется сменными горизонтальными ножами с зубчатым лезвием.
Рабочий процесс состоит в следующем. Открывается вентиль водопровода, и наполняется водой моечная ванна. Корнеплоды транспортерами ТК-5 или ТК-5Б подаются в ванну, где отмываются от земли вихревым потоком воды, создаваемым крылачом. Камни опускаются на дно ванны и выгружаются скребковым транспортером. Затем корнеплоды вторично отмываются встречным потоком воды в шнеке и по направляющему кожуху попадают в дробильную камеру, где поступают на верхний диск, режутся горизонтальными ножами в стружку, которая поступает на средний диск, центробежной силой отбрасывается к неподвижной противорежущей гребенке и вторично измельчается вертикальными ножами. Измельченная масса, проходя между ножами деки, попадает на нижний диск и его лопатками выбрасывается в накопитель или транспортное средство.
Изменение размера частиц измельчаемых корнеклубнеплодов достигается переключением частоты вращения ротора электродвигателя. Для тонкого измельчения в камеру дополнительно устанавливают рифленую деку и переключают электродвигатель на частоту вращения 1000 об/мин. Для крупного измельчения деку снимают и переключают электродвигатель на частоту вращения 500 об/мин.
При мойке картофеля без измельчения снимают деку и верхний диск измельчителя, а на его место устанавливают стопор нижнего диска. Отмечая достоинство измельчителя корнеклубнеплодов ИКМ-5, связанное с его универсальностью (мойка, измельчение и удаление камней), следует обратить внимание на то, что он имеет низкую надежность в работе. Это обусловлено тем, что диски измельчителя закреплены непосредственно на валу электродвигателя, в результате чего на него попадают остатки воды со шнека и влага от измельчаемых корнеклубнеплодов. По данным Подольской машиноиспытательной станции, время наработки электродвигателя измельчителя такой конструкции не превышает 15 ч. Для устранения этого недостатка измельчитель корнеклубнеплодов ИКМ-Ф-10, который является модификацией ИКМ-5, в последних конструкциях приводится во вращение посредством клиноременной передачи через шкив, что обеспечивает более высокую надежность работы электродвигателя и в целом всей машины.
Технологический процесс, выполняемый измельчителем ИКМ-Ф-10, в основном тот же, что и у измельчителя ИКМ-5. Оба эти измельчителя неудовлетворительно работают при обработке крупных корнеклубнеплодов (размером более 100 мм).
Измельчитель корнеклубнеплодов ИКУ-Ф-10 моет, полностью удаляет камни и другие примеси диаметром до 260 мм, а также измельчает корнеклубнеплоды всех видов диаметром 250-350 мм. Агрегат (рис. 5) состоит из таких же узлов и механизмов, что и у измельчителей ИКМ-5 и ИКМ-Ф-10. Однако в ИКУ-Ф-10 дополнительно установлен барабан предварительной очистки диаметром 660 мм и длиной 950 мм. Он представляет собой обечайку с двумя каналами для клиновых ремней, соединенную с пальцами, которые с одной стороны вварены в обечайку, а с другой оставлены открытыми. Барабан, приводимый в действие с помощью электродвигателя, опирается бандажами на две пары опорных роликов, установленных на раме. Третья пара, размещенная на кожухе, создает замкнутую систему, в которой вращается барабан.
Особенностью технологического процесса, осуществляемого ИКУ-Ф-10, является то, что корнеклубнеплоды загружаются в ванну мойки камнеотделителя не сразу (как у ИКМ-5 и ИКМ-Ф-10). Сначала их загружают во вращающийся барабан сухой очистки. Здесь отделяется основная масса земли, соломы и растительных остатков. Из барабана, установленного с зазором относительно загрузочного лотка, корнеклубнеплоды поступают в ванну мойки-камнеотделителя, где потоком воды, создаваемым рабочим колесом и витками шнека, отмываются и подаются в измельчающий аппарат. Камни диаметром более 100 мм и другие тяжелые примеси отделяются от корнеклубнеплодов еще на наклонной стенке лотка мойки, а, попадая на лопасть колеса, отбрасываются к наклонному транспортеру. Производительность агрегата ИКУ-Ф-10, т/ч, при измельчении кормовой свеклы – 18,3, картофеля – 17, брюквы – 15,3. Потери измельченного корма в 9,5, а расход воды – в 1,5-2 раза меньше, чем у измельчителя ИКМ-5. Мощность электродвигателя 12,55 кВт, масса машины 1750 кг, габариты 4250 х 2470 х 3070 мм.
Измельчитель кормов ИКВ-5А «Волгарь-5» предназначен для обработки силоса, зеленой массы, корнеклубнеплодов, бахчевых культур и грубых кормов. Основные сборочные единицы показаны на рис. 6, а. Транспортер подачи 5 состоит из металлических планок, образующих сплошную ленту. Для прижатия массы, поступающей на ножевой барабан 3, установлен прессующий транспортер 4. Ножевой барабан имеет два диска, укрепленных на его валу. К диску прикреплены шесть ножей, расположенных по винтовой линии. Ниже ножевого барабана находится измельчающий барабан 1, который состоит из шнека 6 (рис. 6, б), подвижных 7 и неподвижных ножей. Неподвижные ножи установлены в корпусе камеры измельчающего барабана.
Рабочий процесс измельчителя начинается с подачи измельчающего материала транспортерами в ножевой, а затем измельчающий барабаны. Степень измельчения кормов регулируют установкой ножей последнего. Чтобы приготовить корм для птицы, первый подвижный нож измельчающего барабана устанавливают (см. рис. 6, б) под углом, равным 9° к последнему витку шнека в направлении, противоположном вращению; для свиней — под утлом а, равным 54°. Все последующие подвижные ножи ставят по спирали через 72° против направления вращения. Для измельчения корма крупному рогатому скоту ножи второй ступени снимают. Зазор (1-2 мм) между ножами барабана и противорежущей пластиной получают перемещением барабана по раме.
После переработки 150-200 т кормов ножи затачивают заточным устройством 2. Вторая ступень измельчения оснащена предохранительным устройством, автоматически отключающим электродвигатель измельчителя в случае его перегрузки при забивании механизма.
Производительность машины, т/ч, при измельчении корнеплодов – 5-8, силоса – 3-4 и зеленой травы – до 2.
В настоящее время идут поиски и разработки новых технологий, позволяющих перерабатывать всю гамму компонентов полевого кормопроизводства. Например, технология “Cavikorm®”, состоящая из специализированных кавитационных линий приготовления кормов и использующихся на них кормовых рецептур. Приготовление сырьевых компонент осуществляется посредством кавитационного воздействия на изобретенной компанией инновационной установке – роторном измельчителе-диспергаторе. Использование оборудования “Cavikorm®” позволяет применять кормовые смеси, содержащие как зерновую часть, так и отходы пищевых производств: зеленую траву в летний период, сенаж – в зимний, сочные корма, солому. Линия соответствует современному технологическому уровню, позволяющему провести автоматизированную и механизированную подготовку кормосмесей. Технология системы кормления “Cavikorm®” позволяет в условиях промышленных комплексов и фермерских хозяйств осуществлять полноценное сбалансированное кормление животных всех половозрастных групп.
Инновационной особенностью данной технологии является использование в процессе приготовления корма эффекта кавитации. Кавитация – это физическое явление, образующееся в жидкости при создании особых внешних условий. В рамках кавитационного процесса в жидкой среде появляется огромное количество микропузырьков газа. Визуально этот процесс можно представить себе, как «холодное кипение». Эти мельчайшие пузырьки характеризуются высокой температурой (до 1000° С) и давлением находящегося в них газа. Они существуют ничтожно малый промежуток времени, а затем схлопываются. При схлопывании пузырьки выделяют тепловую и кинетическую энергию, воздействуя на погруженные в жидкость твердые компоненты, в нашем случае – частички кормового сырья, разрушая их.
Исследованиями установлено, что кормовые компоненты под воздействием кавитации диспергируются (т.е. измельчаются на внутриклеточном уровне), а также нагреваются (в зависимости от необходимости – до степени пастеризации или стерилизации). В результате кавитационной обработки улучшаются химико-биологические свойства корма: нейтрализуются антипитатели, выделяются моносахара, протеин переходит в более доступную для пищеварительного тракта животного форму. При этом кавитация не разрушает саму установку. Весьма важная особенность кавитационной обработки заключается в том, что кормовая смесь в результате приобретает гомогенно-влажную форму (влажность 68–72%) – наиболее оптимальную для пищеварения животного. Эта форма образуется за счет гидрационной воды, получающейся в процессе кавитации. Гидрационная вода легко соединяется с олигопептидам и аминокислотами, в результате чего получается взвешенная гомогенная масса. Таким образом, компонентам сырья, находящимся до обработки в сухом состоянии возвращается их природная влажность в виде коллоидно-связанной воды, которая положительно воздействует на клетки желудочно-кишечного тракта животных.
В целом проведенные исследования выявили значительное положительное влияние внедрения технологии “Cavikorm®” на повышение продуктивных и репродуктивных показателей поголовья, улучшение качества готовой продукции при одновременном существенном снижении ее себестоимости.
Осуществление данной технологии возможно при применении кавитационного измельчителя. Кавитационный измельчитель – это принципиально новый вид оборудования, используемый в производстве эмульсий и суспензий различного назначения. Он является последним достижением новой отрасли науки – физико-химической механики.
Известны следующие типы оборудования для диспергирования:
• измельчители с мелющими телами (шаровые, бисерные, вибрационные, дезинтеграторы);
• устройства самоизмельчения (барабанные, центробежные, струйные);
• взрывные измельчители (со сбросом давления, с использованием взрывчатых веществ).
Недостатки этих типов устройств: износ мелющих тел; загрязнение продуктами износа измельчаемого материала; большая энергоемкость диспергирования; низкий КПД, агрегация (слипание) частиц при увеличении дисперсности материала.
В последние годы появилось оборудование для диспергирования с одновременной гомогенизацией:
• ультразвуковые устройства;
• ультразвуковые кавитационные устройства;
• электрогидравлические устройства;
• роторно-пульсационные устройств;.
• гидроударные установки.
Ультразвуковые устройства применяются редко и в специфических условиях (например, гомогенизация майонеза), а электрогидравлические устройства пока не нашли применения. Наибольшее распространение получили роторно-пульсационные устройства (за рубежом) и приходящие им на смену гидроударные установки (пока не имеют аналогов за рубежом).
Происходит закономерный переход к способу диспергирования материала в двухфазной (материал+жидкость) среде, что позволяет совместить процессы диспергирования и гомогенизации в одном аппарате. В качестве жидкости может быть вода или любая другая жидкость, например, масло, выделяющееся при измельчении орехов, сок при переработке помидоров, гороха и т.д. Это дает возможность использовать физические свойства второй фазы (несжимаемость, законы Паскаля и Бернулли) и применить новые физические эффекты (гидравлический удар, кавитацию, импульсы высокого давления, турбулентность).
Способ диспергирования материала в двухфазной среде лишен недостатков сухого способа диспергирования поскольку жидкость «не изнашивается», не загрязняет материал, предотвращает агрегацию за счет уменьшения поверхностной энергии твердой фазы (этот эффект усиливается добавлением поверхностно-активных веществ). Кроме того, использование жидкости позволяет совместить процессы диспергирования и гомогенизации в одном аппарате.
Установка конструкции Мозгового В.Г. КаГУД-1 (кавитационный гидроударный диспергатор) обеспечивает диспергирование и одновременное смешивание (гомогенизацию) материалов (рис. 7). Основными элементами установки являются ротор и статор. В роторе по окружности расположены резонансные камеры (резонаторы). В статоре отверстия – конфузоры. При вращении ротора происходит периодическое перекрывание выходных отверстий резонаторов. Измельчение происходит за счет воздействия на частицу кавитации, а также двойного (прямого и обратного) гидравлического удара при прерывании потока пульпы с заданной частотой. Частота специально подбирается равной собственной частоте ротора. Действие гидравлического удара носит пульсирующий характер. Разрушаемые частицы подвергаются гидравлическому удару в резонансных камерах (резонаторах). За счет совпадения собственной частоты резонаторов с частотой следования импульсов давления в камерах происходит многократное (в 10 раз по сравнению с роторно-пульсационными аппаратами) увеличение амплитуды значения давления. Гидродинамические процессы в установке сопровождаются развитой турбулентностью. Это способствует хорошей степени гомогенизации обрабатываемого материала.
Применение технологии жидкого кормления и кавитационного гидроударного диспергатора позволяет повысить питательность кормов, снизить их стоимость и расход, получить дополнительный привес при минимальных затратах.