1. Zbornik radova Fakulteta tehničkih nauka, Novi Sad
RAZVOJ I PROJEKTOVANJE SISTEMA ZA PRIPREMU VIŠEKOMPONENTNE
ŽIVOTINJSKE HRANE U SUVOM I SAMLEVENOM STANJU
THE DEVELOPMENT AND DESIGN OF A SYSTEM FOR PREPARATION OF
MULTI-COMPONENT ANIMAL FOOD IN DRY AND FRESHLY GROUND STAGE
Marija Karać, Fakultet tehničkih nauka, Novi Sad
Oblast: INDUSTRIJSKO INŽENJERSTVO
Kratak sadržaj – U radu su prezentovani principi,
metode i postupci rada u procesima pripreme i
distribucije višekomponentne hrane u suvom i
samlevenom stanju („premiksa“) za potrebe farmerskog
uzgoja krupne stoke (goveda) i na tim osnovama
projektovan je tehnološki sistem sa posebnim akcentom
na njegovoj modularnosti i rekonfigurabilnosti, kao i
obezbeđenju mogućnosti lakog, pouzdanog i bezbednog
rukovanja i upravljanja sistemom u celini. Posebna
pažnja je u radu posvećena delu sistema za
automatizovano pakovanje za koji je izvršena detaljna
inženjerska analiza.
Abstract – This paper presents the principles, methods
and procedures work in the processes of preparation and
distribution of multi-component food in dry and freshly
ground state ("premix") for farm breeding herd (cattle)
and on this basis is designed technological system with
special emphasis on its modularity and reconfiguration
capabilities, and providing an easy, reliable and safe
handling and management system as a whole. Special
attention was paid part of the system for automated
packaging where a detailed analysis.
Ključne reči: proizvodnja životinjske hrane, sistemi za
pripremu hrane, projektovanje, 3D modeliranje, analiza
1. UVOD
Savremena industrijska proizvodnja zahteva brzo
prilagođavanje trendovima tržišta i promenama u
uslovima proizvodnje. To podrazumeva brze promene
proizvodnog programa i minimizaciju vremena za
projektovanje, izgradnju i održavanje proizvodnog istema
i njegovih delova. Projektovanje za proizvodnju
predstavlja kompleksan i dug proces koji zahteva
značajno ulaganje rada i vremena. U opštem slučaju,
projektovanje proizvoda predstavlja niz aktivnosti kao što
su: definisanje funkcije cilja i ograničenja, oblikovanje
konceptualnog rešenja, izrada proračuna, modeliranje,
konstruisanje, mehanička i simulaciona analiza, itd.
_____________________________________________
NAPOMENA:
Ovaj rad proistekao je iz diplomskog-master rada Marije
Karać pod naslovom Razvoj i projektovanje sistema za
pripremu višekomponentne životinjske hrane u suvom
i samlevenom stanju čiji mentor je bio dr Cvijan
Krsmanović, red.prof.
Projektant, pri tome, mora na što efikasniji i
racionalniji način doći do željenog modela uz
zadovoljenje funkcionalnosti sistema, njegove cene,
estetskog izgleda i bezbednosti pri rukovanju.
2. DEFINISANJE PROBLEMA
U proizvodnji životinjske hrane, komponente koje
ulaze u sastav hrane zastupljene su sa većim ili manjim
procentualnim učešćem. Bez obzira na njihovu
zastupljenost, one su značajne, kako za zdravlje, tako i za
prirast, kvalitet, boju mesa, jaja i drugo. U tehnologiji
proizvodnje životinjske hrane uobičajena je podela
komponenti prema masenom udelu u krmnim smešama na
mikrokomponente i makrokomponente. To su osnovni
gradivni sastojci hrane pored kojih se još dodaju premiks,
so, aminokiseline i druge supstance čije učešće može da
bude i vrlo malo, ponekada samo u tragovima. [1]
Sve komponente hrane za životinje su, u posmatranoj
fabrici životinjske hrane, do sada ručno odmeravane i
dozirane u mešalicu. Gotove krmne smeše su ručno
odmeravane na samostojećem grlu za ručno pakovanje u
vreće i te vreće su zatvarane ručnom šivaljkom.
2.1 Ciljevi investitora
Jedan od ciljeva investitora je bio da se
makrokomponente koje su ranije ručno odmeravane i
dozirane, automatski odmeravaju na šaržnoj vagi
nosivosti 500 [kg] i preko odgovarajućeg pužnog
transportera doziraju u mešalicu, čime bi se postigao bolji
kvalitet hrane (jer se izbegava mogućnost greške koju čini
čovek u procesu odmeravanja i doziranja). Korišćenjem
silo-ćelija iz silosa i džambo vreća, preko pužnih
transportera, doziranje makrokomponenti preko
automatske šaržne vage treba da omogući svakodnevnu
kontrolu utrošaka navedenih sirovina uz obezbeđenje
kvalitetnijeg proizvoda, rentabilnije proizvodnje i
smanjenje učešća ljudskog rada u pripremi krmnih smeša.
Cilj investitora je, takođe, bilo i obezbeđenje
pouzdanijeg, fleksibilnijeg i efikasnijeg pristupa
pakovanju gotovih krmnih smeša, automatskim
odmeravanjem, doziranjem i pakovanjem na automatskoj
’pakerici’ u vreće od 25-50 [kg].
3. PROCES PROIZVODNJE HRANE ZA
ŽIVOTINJE
Proizvodnja životinjske hrane, u posmatranoj fabrici,
vrši se u industrijskom kompleksu u kome je prijem
sirovina u rasutom obliku rešen preko prijemnog koša i
silosnih ćelija za skladištenje žitarica, sojinog zrna i

2. sirovina u samlevenom i praškastom stanju. Uz silos je
instalirana sušara za sušenje žitarica i sojinog zrna. Sam
proces proizvodnje životinjske hrane realizuje se u
posebnom objektu ( proizvodnoj hali ) čiji kapacitet iznosi
20 [t/h]. Uz postojeći objekat, u podnom skladištu biće
instaliran zaseban pogon za proizvodnju hrane za ishranu
goveda.
3.1 Opis tehnološkog postupka proizvodnje životinjske
hrane
Na tehnološkom dijagramu (slika 1.) prikazan je
tehnološki postupak proizvodnje hrane za ishranu goveda.
Samlevene komponente, kao i dodaci koji su u
praškastom obliku, dolaze preko pužnog transportera do
elevatora (poz. 1) koji komponente transportuje do
dvokrake preklopke (poz. 2) iz koje se sirovine upućuju
na okrugli šestodelni razdelnik iznad komponentnih ćelija
u stari deo pogona ili na četvorodelni razdelnik (poz. 4) iz
koga se samlevene komponente usmeravaju u ćelije za
makrokomponente (poz. 5) i to u ćeliju I, II, III i IV.
Napunjenost komponentnih ćelija kontroliše se preko
gornjih pokazivača nivoa (poz. 6), a ispražnjenost ćelija
evidentira se preko donjih pokazivača nivoa (poz. 7). Na
osnovu rada pokazivača nivoa omogućen je i automatski
rad i kompjutersko vođenje procesa proizvodnje hrane za
životinje. Izuzimanje iz komponentnih ćelija (poz. 5) vrši
se preko pužnih izuzimača (poz. 8) iz ćelija I, II, III i IV.
Na svakom pužnom izuzimaču instaliran je pneumatski
zatvarač (poz. 9) koji kod doziranja komponenti u šaržnu
vagu (poz. 10) vrše zatvaranje izlaza iz pužnog dozatora i
time obezbeđuje da se precizno mogu dozirati
komponente. Odmeravanje makrokomponenti vrši se
pojedinačnim izuzimanjem i odmeravanjem svake od
komponenti iz ćelija I, II, III i IV, a čije doziranje se vrši
regulisanjem brzine obrtaja motora preko frekventnog
regulatora, čime se postiže maksimalna preciznost
doziranja zadate težine svake komponente. Nakon
odmeravanja zadatih vrednosti vrši se pražnjenje šaržne
vage pomoću pneumatskog zatvarača (poz. 11) u
protivstrujnu mešalicu (poz. 13). Ručno odmerene
komponente kao što su so, premiks, dikalcijum fosfat,
kreda, lizin i druge komponente ručno se sipaju u
mešalicu (poz. 13) preko usipnog mesta (poz. 12). Nakon
formiranja šarže, započinje mešanje koje traje 6 minuta
nakon čega se automatski otvara pneumatski zasun
mešalice (poz. 14) i u roku do 20 sek. mešalica se isprazni
u koš ispod mešalice (poz. 15). Smeša se pomoću pužnog
transportera (poz. 17) doprema do elevatora (poz.18) koji
smešu nosi do dvokrake preklopke (poz. 20), a potom u
ćelije iznad peletirke (poz. 21). Ispražnjenost koša ispod
mešalice (poz. 15) evidentira se preko donjeg pokazivača
nivoa (poz. 16) koji daje signal pneumatskom zatvaraču
(poz. 14) da može da se otvori nakon 6 minuta mešanja
odmerene šarže. Peletiranje hrane vrši se na postojećoj
liniji peletiranja na peletirci (poz. 24) uz dodatak
tehnološke pare, pri temperaturi od 70-75°S. Tople pelete
nakon izlaska iz matrice peletirke pomoću transportne
trake (poz. 25) dolaze u vertikalni hladnjak (poz. 26) u
kome se vrši hlađenje pomoću struje vazduha ventilatora
(poz. 28). Čestice iz hladnjaka se izdvajaju u ciklonu
(poz. 27) a preko vazdušne zaustave (poz. 29) se
usmeravaju na sto za ‘uvrećavanje’ (poz. 30). Pelete pri
izlasku iz hladnjaka prolaze kroz drobilicu peleta (poz.
31) gde se vrši drobljenje peleta, ili se valjci drobilice
razmaknu pa pelete prolaze kroz drobilicu i idu na
transportnu traku (poz. 32) koja pelete (ili drobljene
pelete) dovodi do elevatora (poz. 33) koji materijal nosi
na vibro sito (poz. 34) na prosejavanje. Propad sa sita se
gravitacijom vraća u ćelije iznad peletrike (poz. 21) dok
prelaz – pelete bez loma i prašine pomoću transportne
trake (poz. 35) idu na dvokraku preklopku (poz. 36) koja
vrši distribuciju peleta u ćelije (poz. 37) broj VII i VIII.
Napunjenost ćelija za izdavanje gotove smeše kontroliše
se preko gornjih (poz. 38) i donjih (poz. 39) pokazivača
nivoa. Izdavanje smeše u sistem za automatsko pakovanje
Slika 1. Tehnološki dijagram pogona za proizvodnju životinjske hrane

3. u vreće vrši se otvaranjem pneumatskog zatvarača (poz.
40.0) na ćeliji broj VII za gotovu robu. Gotova smeša
nakon izlaska iz ćelije broj VII pomoću pužnog
transportera (poz. 41) dolazi u sabirni koš sistema za
automatsko pakovanje. Napunjenost sabirnog koša
sistema kontoliše se preko gornjih (poz. 42.1) i donjih
(poz. 42.2) pokazivača nivoa. Startovanje rada pakerice
(poz. 42) vrši se sa pripadajućeg komandnog pulta
unošenjem željenih parametara. Doziranje se vrši
regulisanjem brzine obrtaja motora preko frekventnog
regulatora, čime se postiže maksimalna preciznost
doziranja zadate težine. Na nasipni koš se postavlja vreća
i pritiskom na mikroprekidač vrši se doziranje. Vreća
transportnom trakom (poz. 43) dalje ide na šivaljku (poz.
44). Izdavanje smeše u vozila za transport u rasutom
stanju vrši se otvaranjem zasuna (poz. 40.1) na ćeliji broj
VIII. [2]
4. MODELIRANJE U OKRUŽENJU AUTODESK
INVENTOR
Autodesk Inventor je programsko rešenje za
parametarsko, solid modeliranje delova i sklopova.
Parametarsko modeliranje omogućuje da se geometrijski
model definiše skupom geometrijskih i dimenzionih
parametara. Parametri predstavljaju promenljive veličine i
svojim trenutnim vrednostima potpuno opisuju geometriju
dela. Geometrijski parametri, pri tome, predstavljaju
geometrijska ograničenja na modelu (paralelnost,
normalnost...), dok su dimenzioni parametri dimenzije na
modelu (dužine, prečnici, radijusi, uglovi...).
Ovaj programski paket sadrži modul za FEA analizu
(metodu konačnih elemenata) koji je dizajniran da bude
dovoljno moćan, ali i jednostavan za korišćenje. [3]
4.1 Modeliranje fabrike
Na osnovu tehnološkog dijagrama, opisa tehnološkog
postupka, tehničko-tehnološke opreme, situacionog plana
i rasporeda prostorija, u sklopu rada je izgrađen
kompletan model buduće fabrike (slika 2.). Prikazi sa tog
modela omogućuju investitoru kompletan uvid u
raspored mašina i opreme na predviđenom prostoru.
Postojeća oprema koju poseduje investitor modelirana je
samo kao maketa (u stvarnoj razmeri), dok je kod opreme
koja je predviđena da se instalira u sistem svaki element
posebno modeliran, nakon čega je model sistema
oblikovan po bottom – up (modularnom) principu. [4]
Posebna pažnja posvećena je sistemu za mešanje
životinjske hrane, koji je u celini realizovan na bazi
tehničke dokumentacije generisane sa geometrijskih
modela. Mešaonica (slika 3.) je realizovana u leto 2010.,
ali još uvek nije fizički ugrađena u sistem.
Slika 2. 3D Model sistema (fabrike) za proizvodnju životinjske hrane
Slika 3. Prikaz izvedenog stanja modula mešaonice

4. 5. AUTOMATSKA PAKERICA
Sistem namenjen za automatizovano pakovanje
prethodno pripremljene hrane za životinje je u fazi
idejnog projekta koji je u programskom alatu Autodesk
Inventor definisan do visokog stepena detaljnosti.
5.1 Opis rada sistema za automatsko punjenje i
zašivanje vreća
U usipni koš se preko pužnog transportera sipa
materija koja se dozira. Pogon transportne trake je preko
frekventnog regulatora podešen na dve brzine, za grubo i
fino doziranje. Na komandno-kontrolnom displeju zadaje
se težina pakovanja kao i ostali parametri koji su važni za
tačnost pakovanja. Zatim se na nasipni koš postavlja džak
i pritiskom na mikroprekidač vrši se doziranje. Odmerena
vreća se automatski otpušta na transportnu traku i prolazi
kroz stabilnu šivaljku gde se vrši zašivanje vreća.
Elektronika omogućava automatsko tariranje vage.
Zbog ugrađenih pneumatskih komponenti za rad uređaja
neophodan je kompresor za vazduh. Svi delovi uređaja
koji su u kontaktu sa materijom koja se pakuje su od
nerđajućeg čelika.
5.1 Analiza naprezanja elemenata
Autodesk Inventor sadrži modul (Stress Analysis) koji
omogućava izvršavanje strukturalne i modalne analize
delova i sklopova definisanjem svih potrebnih parametara
(materijala, opterećenja, ograničenja...).
Strukturalna anliza ukazuje na vrednosti napona,
unutrašnjih sila i pomeranja koja se javljaju usled
delovanja opterećenja. Ovom analizom se skraćuje vreme
izvršenja proračuna, a greške koje mogu nastati prilikom
projektovanja sistema svode se na minimum.
Analizom naponskih stanja i tipova deformacija
komponenata sa najvećim eksploatacionim opterećenjima
konstatovano je da se najveće opterećenje javlja na "L"
nosaču elektronske šaržne vage.
Kao prikaz rezultata naponskog stanja dobija se
grafički prikaz preko palete boja gde crvena boja ukazuje
na oblasti najvećih napona (slika 5.). U ovom slučaju,
maksimalni napon iznosi σ max = 28,11 [Mpa].
U zavisnosti od ulaznih veličina, metodom konačnih
elemenata se mogu dobiti različiti rezultati koji približno
predviđaju mesta gde se pojavljuju velika naprezanja.
6. ZAKLJUČAK
U radu je ostvaren osnovni cilj inženjerskog
projektovanja - definisanje projektnih rešenja sa
minimalnim mogućim ulaganjem rada i vremena, a da pri
tome to rešenje zadovolji funkcionalnost, estetiku i
bezbednosne kriterijume.
Rešenja i predlozi za unapređenje koji su izloženi u
ovom radu su, zapravo, inženjerski prilog poboljšanju i
daljem razvoju sistema za proizvodnju životinjske hrane.
4. LITERATURA
[1] Bekrić V., "Industrijska proizvodnja stočne hrane",
Beograd 1999
[2] Lazarević R., Miščević B., Ristić M., Filipović S.,
Lević J., Sredanović S., "Sadašnjost i budućnost
stočarstva i proizvodnje hrane za životinje u Srbiji",
XI Međunarodni simpozijum tehnologije hrane za
životinje, Zbornik radova 12-18, Vrnjačka Banja
2005
[3] Curtis Waguespack, Loren Jahraus, "Mastering
Autodesk Inventor 2010", Wiley Publishing, Inc.,
Indianapolis, Indiana, 2009
[4] Krsmanović, C., Automatizacija projektovanja
u industrijskom inženjerstvu, Fakultet tehničkih
nauka, Novi Sad, 1997
Kratka biografija:
Marija Karać rođena je u Bečeju 1983.
god. Diplomski-master rad na Fakultetu
tehničkih nauka iz oblasti Industrijsko
inženjerstvo – Industrijski sistemi
odbranila je 2011.god.
Slika 4. Sistem za automatsko punjenje i zatvaranje
(zašivanje) vreća
Slika 5. Prikaz Von Mises Stress polja