УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ И ФЕРМЕНТИРОВАНИЯ КОРМОВ

Полезная модель относится к оборудованию для смешивания сыпучих, влажных и других материалов и ферментирования кормов, может быть использовано в сельскохозяйственном производстве на животноводческих комплексах и фермах в линиях по приготовлению кормов с высоким содержанием белков из малоценных продуктов.
Известен смеситель для смешивания сыпучих материалов, состоящий из бункера, установленного на раме, загрузочного и выгрузного патрубков, заслонки, комбинированного шнека, двигателя, редуктора, рабочего органа, представляющего собой комбинированный шнек, состоящий из вала, на котором установлены расположенные по винтовой линии через 90° стержни с элементами ленточной спирали и ленточные шнеки: внешний с диаметром D и шагом L; средний с диаметром 3/4D и шагом 3/4L; внутренний с диаметром 2/5D и шагом 2,5L [1].
Недостатком данного смесителя является невозможность смешивания влажных компонентов загружаемых в бункер материалов и, как следствие, налипание на стенки бункера смешиваемых материалов и, соответственно, образование застойных зон, обусловливающих ухудшение процесса смешивания материалов и неполную выгрузку готового корма.
Применение в данном устройстве рабочего органа, оборудованного стержнями с элементами ленточной спирали и трех ленточных шнеков без учета углов установки их витков значительно повышает энергоемкость процесса смешивания компонентов загруженных в бункер материалов.
Другим недостатком данного устройства является невозможность его применения для получения ферментированного корма - наиболее ценного, легкоусвояемого и полезного пищевого корма сельскохозяйственным животным.
Кроме того, функциональные возможности использования данного смесителя ограничены из-за применения его для приготовления кормов только в стационарном варианте.
Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели относится смеситель-ферментатор, состоящий из бункера, установленного на раме, загрузочного окна и выгрузного патрубка, заслонки, двигателя, редуктора, рабочего органа, представляющего собой комбинированный шнек, состоящий из вала, на котором установлены стержни и ленточные внешний и внутренний шнеки. Стержни имеют скребки, выполненные в виде витка спирали с шагом, равным половине длины L внутреннего пространства бункера и диаметром, равным внутреннему диаметру D бункера, а внешний ленточный шнек с высотой витков h выполнен диаметром 3/4D и шагом 1/6L, внутренний с высотой витков 3/2h - диаметром 2/5D и шагом 1/4L, причем витки шнеков выполнены под углом, меньшим угла "F естественного откоса смешиваемого материала, при этом бункер, оснащенный выгрузным шнеком, оборудован нагревательным элементом, имеющим датчики и реле температуры, регистрирующие элементы которых смонтированы на пульте управления - прототип.
Недостатком данного устройства является невозможность контроля влажности корма, и как следствие, потеря оптимальных условий питательной среды, необходимых для лучшего развития микроорганизмов.
Другим недостатком прототипа является неоправданно повышенный расход электроэнергии во время нагрева и поддержания оптимальной температуры питательной среды. Связано это с тем, что нагревательная лента охватывает бункер смесителя-ферментатора полностью, а в случае неполного заполнения емкости теплота, вырабатываемая нагревательным элементом, расходуется не только на нагрев корма, но и воздуха, находящегося в незаполненном пространстве бункера. А так как воздух имеет низкие теплопроводные характеристики, это ведет к перерасходу электроэнергии.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что у известного смесителя-ферментатора, состоящего из бункера, установленного на раме, загрузочного окна и выгрузного патрубка, выгрузного шнека, заслонки, рабочего органа, электродвигателя, редуктора, пульта управления, имеются система контроля и поддержания оптимальной температуры питательной среды, содержащая два нагревательных элемента с различными углами обхвата бункера смесителя-ферментатора, и система контроля и поддержания влажности питательной среды, состоящая из датчика влажности, электромагнитного клапана и подающего патрубка.
В результате анализа литературных источников не обнаружено идентичного выполнения предлагаемого устройства. При этом отличительные от прототипа признаки придают заявляемой совокупности новые свойства, проявляющиеся в положительном эффекте.
Дополнение в конструкции смесителя-ферментатора системы контроля и поддержания влажности питательной среды позволяет создавать и контролировать оптимальную влажность корма, что ускоряет развитие бактерий и процесс ферментации, тем самым снижая затраты электроэнергии и время приготовления корма.
Дополнение в конструкции смесителя-ферментатора системы контроля и поддержания оптимальной температуры питательной среды с количеством нагревательных элементов, равным двум с различными углами обхвата бункера смесителя-ферментатора позволяет снизить затраты электроэнергии при поддержании оптимальной температуры питательной среды в случае частичного заполнения бункера.
В итоге, при работе предлагаемого устройства достигается положительный эффект, превосходящий эффект прототипа. Новая совокупность признаков заявляемого устройства, обеспечивающая получение положительного эффекта, обладает существенными отличиями.
На фигуре 1 представлен общий вид смесителя-ферментатора, на фигуре 2 - разрез А-А на фигуре 1.
Смеситель-ферментатор состоит из бункера 1, установленного на раме 2, загрузочного окна 3 и выгрузного патрубка 4, выгрузного шнека 5, заслонки 6, рабочего органа 7, электродвигателя 8, редуктора 9, пульта управления 10, систем контроля и поддержания постоянной температуры и влажности питательной среды.
Система контроля и поддержания постоянной температуры питательной среды включает в себя два нагревательных элемента 11 и 12 (например, тепловая лента или медный змеевик с теплоносителем), слой теплоизоляции 13, датчик температуры 14 и реле температуры.
Система контроля и поддержания влажности питательной среды состоит из подающего патрубка 15, электромагнитного клапана 16 и датчика влажности 17.
Прием и обработку данных, поступающих от датчиков, управление рабочими органами смесителя-ферментатора осуществляет контроллер, встроенный в пульт управления 10.
Смеситель-ферментатор работает следующим образом.
На пульте управления 10 устанавливают переключатели в режим смешивания и включают смеситель. Через загрузочное окно 3 загружают предварительно измельченный материал (например, солому), добавляют заранее подготовленную первичную закваску Леснова. При этом срабатывает датчик влажности 17 и подает сигнал контроллеру, который в свою очередь открывает электромагнитный клапан 16. Через подающий патрубок 15 начинает поступать горячая вода (температура 48…80°C). Когда смесь достигнет заданной оптимальной влажности, срабатывает датчик 17 и электромагнитный клапан 16 закрывается, перекрывая подачу горячей воды. Все это время, рабочий орган 7 вращается, смешивая добавленные в бункер 1 компоненты, тем самым обеспечивая их равномерное распределение по всему объему, в том числе и закваски. В результате получается смесь, называемая питательной средой. После получения питательной среды с необходимыми оптимальными влажностью и температурой, смешивание прекращают и устанавливают переключатели на пульте управления 10 в режим ферментирования.
В данном режиме включается система автоматического контроля и поддержания влажности и температуры питательной среды (так как бактерии лучше развиваются, ускоряя процесс ферментации при определенных оптимальных условиях), а рабочий орган 7 начинает вращаться с очень низкой частотой.
Работа системы контроля и поддержания постоянной температуры питательной среды зависит от уровня заполнения бункера 1 питательной средой. При низком уровне заполнения (когда необходимо приготовить небольшое количество корма) работает только один нагревательный элемент (тепловая лента) с углом обхвата α° (фиг. 2). Если необходимо приготовить большее количество корма, то совместно с первым нагревательным элементом начинает работать второй. Тогда суммарный угол обхвата бункера 1 тепловой лентой составляет β° (фиг. 2). Количество нагревательных элементов не ограничено, а их количество определяет угол обхвата бункера 1 в зависимости от его заполнения питательной средой. Такой режим работы позволяет снизить затраты электроэнергии при нагревании питательной среды в случае неполного заполнения бункера 1 приготовляемым кормом. При снижении температуры питательной среды ниже оптимального значения, срабатывают датчик 14 и реле температуры, включая нагревательный элемент. Происходит нагрев питательной среды. При достижении заданной оптимальной температуры датчик 14 подает сигнал, срабатывает реле температуры, отключая нагревательный элемент. Таким образом происходит поддержание оптимальной температуры питательной среды на всем протяжении процесса ферментации.
В режиме ферментирования смеситель работает до момента получения полностью готового ферментированного корма. В процессе ферментации за счет вращения рабочего органа 7 происходит перемешивание материала и выравнивание температуры питательной среды во всем объеме. Скребки рабочего органа 7 помимо перемещения материала от центра к боковым стенкам бункера 1 очищают цилиндрическую поверхность бункера 1, тем самым интенсифицируя процесс теплообмена в питательной среде. После окончания ферментации готовый продукт выгружают через выгрузной патрубок 4 с помощью выгрузного шнека 5, предварительно открыв заслонку 6. Смеситель-ферментатор может быть выполнен на передвижной платформе. В этом случае его можно использовать как раздатчик с выгрузкой корма при помощи выгрузного шнека 5 в кормушки животным.
Преимуществом предлагаемой полезной модели по сравнению с прототипом является снижение затрат электроэнергии при нагревании питательной среды в случае частичного заполнения бункера смесителя-ферментатора приготовляемым кормом, а также ускорение процесса ферментации за счет создания и поддержания оптимальной влажности питательной среды посредством системы контроля и поддержания оптимальной влажности.
Литература
1. Смеситель: патент №2488434 Рос. Федерация, МПК B01F 7/08/ П.А. Савиных, Н.В. Турубанов, В. Романюк, А.С. Киселев, Н.А. Чернятьев; заявитель и патентообладатель Государственное научное учреждение Зональный научно-исследовательский институт сельского хозяйства Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого Российской академии сельскохозяйственных наук (RU), Технолого-Природовеческий институт (PL).- №20121049220/05; заявл. 13.02.2012; опубл. 27.07.2013, Бюл. №21. - 7 с.
2. Оболенский Н.В. Смеситель ферментер для кормов / Н.В. Оболенский, С.Ю. Булатов, А.И. Свистунов // Сельский механизатор. Москва: ОАО «Кострома», 2014. Вып. 4. С. 26-27. - прототип.