Історія / 3. історія науки і техніки

Ачкевич О.М.

Національний аграрний університет, Київ, Україна

Еволюція технології та технічних засобів приготування комбікормових сумішок на тваринницьких фермах України

Виробництво комбікормових сумішок безпосередньо в господарствах започаткувалось на початку ХХ ст. Основними сприяючими факторами для цього стали рекомендації науковців і практиків з годівлі тварин, які вказували, з одного боку, на підвищення згодовування концентратів у складі сумішок на 15-20% в порівнянні з їх покомпонентним згодовуванням, а з другого боку, на значні затрати при перевезенні до комбікормових заводів зернової сировини і доставку виробленої ними комбікормової продукції на тваринницькі ферми.

На першому етапі розвитку цієї технології в господарствах використовувався набір пристосованих машин, який включав подрібнювач та змішувач в поєднанні з засобами завантаження і очистки зернових компонентів та наступним їх дозуванням. В країнах Західної Європи та США, починаючи з 30-х років минулого століття, почали виготовлятись спеціалізовані комбікормові агрегати. В Україні перші зразки комбікормових агрегатів з’явились в 50-ті роки.

Створення кормоприготувальних агрегатів базувалось на реалізації результатів наукових пошуків та впровадженні матеріалізованих технічних рішень у серійне виробництво. В технічних рішеннях, що закладались в конструкції обладнання з приготування комбікормових сумішок, прослідковується трансформація особливостей компоновочного та конструктивного оформлення з врахуванням позитивних сторін попередніх технологічних ознак процесів приготування комбікормів і застосування нових рішень, що випливають з результатів вивчення фізичних явищ та загального розвитку машинобудування при переході на більш раціональні етапи створення техніки. На цьому підгрунті розвивались вдосконалювались напрями та логічні схеми проектування кормоприготувальних агрегатів.

Однією з вихідних умов була організаційна форма застосування фермських комбікормових агрегатів: на стаціонарі з приводом від електродвигунів чи в пересувному варіанті на шасі автомобіля або трактора з можливістю послідовного обслуговування декількох тваринницьких ферм. Приймаючи до уваги тенденцію укрупнення ферм на початку 50-х років та можливість створення комплектів обладнання більшої пропускної здатності була прийнята орієнтація на стаціонарні умови застосування агрегатів. Щодо продуктивності, то був розроблений типорозмірний ряд комплектів обладнання, який мав задовільнити різні за наявним поголів’ям ферми. Перша конструкція комбікормового агрегату АКН-1М, поставлена на серійне виробництво в 1961 р., та її поліпшений варіант АДС-2 мали продуктивність 1 т/год, а створені пізніше в період 1970-1972 р. (ОКЦ-10; ОКЦ-15; ОКЦ-30; та ОКЦ-50) відповідали продуктивності 2; 4; 6 та 8 т/год і призначались для середніх та крупних ферм і міжгосподарських комбікормових підприємств. Починаючи з 90-х років заводи сільськогосподарського машинобудування України розробляють і випускають широку гаму комбікормових агрегатів продуктивністю від 0,2 до 2,5 т/год.

Важливим елементом технології виробництва комбікормів в умовах господарств є форма використання незернової частини сировини. Перші зразки обладнання комплектувались пристроями для підготовки окремих компонентів білкових та мінеральних добавок. В середині 80-х років був взятий курс на поставку в господарства сумішок білково-мінеральних добавок, приготовлених комбікормовими заводами. Тому в конструкціях агрегатів закладались пристрої по накопиченню та дозуванню сумішок добавок. Першими з них були: обладнання для приготування комбікормів “Харків’янка” (промислова партія 1985 р.) та комбікормова установка УМК-Ф-2 (рік серійного освоєння 1987). Всі наступні фермські комбікормові агрегати проектувались з врахуванням використання готових добавок. Але так як виробництво промислових сумішок добавок не відповідає потребам ферм, то в останні роки спостерігається тенденція доукомплектування комбікормових агрегатів пристроями з підготовки добавок.

Технологічний процес виробництва комбікормів в умовах господарств передбачає проведення певної послідовності основних та допоміжних операцій з переробки сировини в готову до згодовування продукцію. Закладена в конструкції структура виконання цих операцій видозмінювалась протягом всього періоду розвитку агрегатів. Домінуючою структурною схемою до початку 90-х років передбачалось попереднє накопичення компонентів, очистка їх від важких домішок та металу, дозована одночасна видача всіх компонентів в збірний шнек, або безпосередньо в камеру дробарки, подрібнення з одночасним перемішуванням маси, і нарешті накопичення продукту в бункерах готової продукції. В зв’язку з розукрупненням господарств України після 90-х років більш доцільною виявилась потокова технологічна лінія з послідовним подрібненням компонентів. При цьому зернові компоненти забираються із буртів чи засіків за допомогою пневмозабірника в необхідній кількості, яка контролюється періодом роботи пневмотранспорту або ваговим пристроєм на якому встановлено бункер змішувача, подаються в молоткову дробарку, що послідовно завантажує подрібнені зернові компоненти та добавки в бункер порційного змішувача, в якому змішаний комбікорм може зберігатись до початку годівлі тварин. За такою схемою працює більшість сучасних фермських комбікормових агрегатів.

Основними складовими елементами комбікормових агрегатів є дробарка та змішувач. Тому ці об’єкти змінювались не лише за морфологічними показниками, а й за функціональними, що відображають сукупність їх внутрішніх властивостей, які формують досягнутий технічний рівень. Спочатку при проектуванні структури агрегатів дробарка та змішувач вибирались як комплектуючі вироби, до яких прив’язувалось допоміжне обладнання: конвеєри, приймальні бункери, очисники, дозатори, накопичувачі готової продукції. Така система проектування створювала незручності не лише в процесі розробки, а й при експлуатації агрегатів та проведенні сервісного обслуговування. На початку 70-х років спостерігається перехід на спеціалізовані дробарки та змішувачі, які, зберігаючи оптимальне поєднання параметрів внутрішніх технічних рішень, на вході та виході пристосовані до конкретної потокової технологічної лінії і є єдиним цілим з загальною структурою будови комбікормового агрегату та його функціонування. Аналіз принципів подрібнення зерна та питомих показників роботи машин поставив молоткові дробарки в домінуюче положення для застосування в комбікормових агрегатах за їх потенційними можливостями щодо універсальності до різних видів кормової сировини, енергонасиченістю, довговічністю, простотою приводів.

Для передачі енергії додатковим пристроям дробарок (живильникам, дозаторам шлюзовим затворам, вентиляторам) на першій стадії створення дробарок орієнтувались на використання для їх приводу основного електродвигуна. Такий напрямок спонукав розробляти багатофункціональні системи передач від одного енергоджерела. Поряд з певними перевагами це створювало незручності при експлуатації механізмів та приводило до суттєвого зниження коефіцієнту корисної дії машини. Зважаючи на такий стан, вже в 60-70-х р.р. ХХ ст. в конструкціях дробарок почали використовуватися багатодвигунові електроприводи.

Для малих ферм з добовою потребою в комбікормах до 2 т більш доцільними виявились дробарки з центральною осьовою подачею матеріалу, так як вони дозволяють організувати самозабір зернової сировини із сховищ, супутнє відділення домішок та вивантаження подрібненого продукту. Причому ці допоміжні операції можуть виконуватись за рахунок енергії пневмопотоків на вході в камеру подрібнення та на виході з неї. Дробарки з пристроями супутнього транспортування маси пневмопотоками почали розроблятись в 90-і роки і знайшли широке застосування в складі потокових технологічних ліній приготування концентратних сумішок.

Способи організації процесу дозування та змішування компонентів в комбікормових агрегатах суттєво відрізняються між собою за якісними показниками. В обладнанні, що розроблялось до середини 80-х років перевага віддавалась більш простому об’ємному дозуванню та неперервному змішуванню горизонтальними шнеками. Разом з тим підвищення вимог до однорідності сумішок викликало необхідність застосування вагового дозування та порційного змішування. Першою матеріалізованою спробою можна вважати комплекти комбікормового обладнання ОЦК-4 та ОЦК-8, розрахованих для використання на крупних фермах. Але в зв’язку з наступним розукрупненням ферм в Україні вказане обладнання не набуло широкого застосування. Як альтернатива запроваджувалось поєднання об’ємного дозування з порційним змішуванням. Домінуючим виявився змішувач вертикально-шнекового типу, базові параметри конструкції якого були на той час уже відпрацьовані. Це дозволяло значно зменшити металоємність комплекту і декілька варіантів такого обладнання почали виготовлятись вже з 1990 р. Повернення до способу вагового дозування в комбікормових агрегатах вітчизняного виробництва почало здійснюватись в 2005 р. шляхом установки змішувача на важільні чи електронні терези.

Поряд з розробками спеціалізованих машин перехід на згодовування тваринам кормів в складі кормосумішок викликав необхідність проведення пошуків по створенню комбінованих машин, тобто здатних одночасно виконувати декілька операцій, основними з яких є подрібнення і змішування. Аналіз технологічних процесів роботи різних типів машин показав, що незважаючи на їх значну різновидність, лише молоткові дробарки можуть забезпечити одночасне подрібнення та перемішування кормових компонентів. Особливість створення таких подрібнювачів-змішувачів полягала у відпрацюванні інтервалу кінематичних параметрів та організації процесу переробки, при якому ці операції відбуваються в раціональному режимі з дотриманням зоотехнічних вимог, як до розміру частинок кормових компонентів, так і до однорідності одержаної сумішки. Проведені пошуки дали можливість розробити кілька конструкцій дробарок-змішувачів. Перше широке застосування такого комбінованого технічного рішення мало місце в установці УМК-Ф-2 (1987 р.).

Починаючи з середини 80-х років в Україні відбувається розукрупнення тваринницьких ферм. Відповідно використання на них високопродуктивних комбікормових агрегатів стало економічно збитковим. Поряд з цим в кінці 90-х років в зв’язку з підвищенням вартості енергоносіїв та металу особливо гострою стала необхідність всебічного переходу на ресурсозберігаючі технології. Ці обставинами поставили завдання створення комбікормових агрегатів, пристосованих до зменшених добових обсягів кормів, але з використанням в них технічного рівня та кращих технічних рішень, які вже зарекомендували себе в умовах середніх ферм. Це вимагало, з одного боку, проведення науково-технічних досліджень з вибору мінімізованого набору технологічних і допоміжних операцій, їх поєднання в спільному технічному рішенні та обгрунтування раціонального набору технічних об’єктів з точки зору можливості комплексного виконання операцій. З іншої сторони, необхідно було виконати перегляд існуючих структурних схем зернових дробарок, змішувачів, дозаторів, засобів транспортування і контролю та провести аналіз відповідності розроблених конструктивних елементів і їх поєднання в машинах при менших характеристиках металоємності і енергоємності.

Основними напрямами при створенні комбікормових агрегатів стають питання зменшення загальної маси конструкції за рахунок поєднання основних і допоміжних операцій, спрощення системи приводу робочих органів, зменшення питомих енергетичних витрат, спрощення способів регулювання якості продукції і заходів технічного обслуговування обладнання, пристосованості до використання в любих існуючих приміщеннях зерноскладів, зниження затрат і спрощення монтажних та налагоджувальних робіт. Проведені дослідження дозволили підібрати елементну базу і створити протягом 2002-2005 р.р. комплекти комбікормового обладнання, ефективного для застосування на малих фермах.

Створення кормоприготувальних машин довгий час було пов’язане з застосуванням індивідуального методу конструювання виробів. Значний резерв прискорення при створенні машин і спрощення їх виготовлення мав перехід від індивідуального до системного методу проектування, основаного на блочно-модульному принципі, при якому машини компонуються із автономних, універсальних елементів (блок-модулів), що мають властивості взаємосумісності. При цьому блок-модулі повинні створюватись з врахуванням прогресивних конструктивних і технологічних рішень, відповідати вимогам надійності та довговічності. Впровадження блочно-модульного конструювання вимагає значної підготовчої роботи – створення елементної бази. В 80-х роках цей принцип був застосований при створенні комплекту дробарок, а в середині 90-х років комбікормових змішувачів.

Суттєвим заходом підвищення технічного рівня обладнання комбікормових агрегатів є застосування систем автоматичного управління і керування їх роботою. В Україні система автоматичного керування величини подачі зернового потоку вперше була розроблена в 1981 р. (дробарка ДБ-5), а в 1985 р. була запропонована багатоопераційна автоматизована система керування параметрами приготування зернового корму з використанням мікропроцесора. На рубежі ХХІ ст. розвернулись роботи по оснащенню комбікормових агрегатів комп’ютерним обладнанням.

Викладені вище дані з розвитку кормоприготувальних агрегатів свідчать, що в процесі їх технологічної та технічної доробки було використано багато раціональних доповнень, які в цілому дозволили підняти їх рівень, зменшити ресурсні затрати, покращити якість продукту та автоматизувати процеси підготовки зернових кормів до згодовування тваринам.