Уборка навоза из животноводческих помещений

Мировой и отечественный опыт развития сельского хозяйства в последние годы свидетельствует о росте производства органической продукции как в целом по отрасли, так и животноводства. Во всем мире люди и стремятся правильно питаться, потреблять продукты, выращенные без минеральных удобрений, гербицидов, стимуляторов роста и других препаратов, негативно влияющих на их качество. В почве содержится огромное количество живых организмов, биоты. Эта микросистема требует пищи и энергии. Минеральные удобрения не могут служить таким источником, обеспечить питанием и энергией микросистемы можно за счет органических удобрений. Особую актуальность приобретает проблема создания систем утилизации навоза, которые бы удовлетворяли требования производства органической продукции растениеводства и животноводства. Требования к технологиям производства продукции сельского хозяйства исключают возможность эффективной эксплуатации чрезмерно крупных животноводческих комплексов (свиноводческих – более 36,0 тыс. голов и коровников – более 2,0 тыс. коров), применения технологий обеззараживания навоза от гельминтов, болезнетворных микроорганизмов и семян сорных растений с использованием химических препаратов. Таким образом, системы уборки навоза из помещений должны исключать разбавление экскрементов животных водой, надежно осуществлять процесс транспортирования навоза с любыми видами подстилки. Существующие технические средства для уборки навоза (ТСН-160, шнековые, скреперные установки) не обеспечивают надежную уборку навоза с подстилкой, исключают возможность применения в качестве подстилки соломы, отличаются высокой стоимостью и удельной энергоемкостью процесса. С целью устранения отмеченных недостатков мы создали принципиально новое техническое средство для уборки навоза в виде штангового транспортера с гидравлическим приводом тягового контура в виде стальной полосы. Новизна предлагаемых технических решений защищена рядом патентов на изобретения.

Цель исследования – определить влияние влажности навоза, степени заполнения им канала и конструктивных особенностей транспортера на эффективность осуществления процесса уборки навоза из животноводческих помещений.

Материалы и методы. Исследования проводили с использованием опытного образца штангового транспортера с гидравлическим приводом тягового контура. Расстановку скребков по длине тягового контура изменяли от 0,5 до 1,5 м. Длину хода тягового контура выбрали с учетом ранее выполненных исследований – 2800 мм. Полноту заполнения канала навозом определяли расчетным путем с учетом плотности транспортируемого навоза, массы его в канале и объема канала на определенной длине. Влажность навоза определяли по стандартной методике путем высушивания проб, потребляемую мощность замеряли с помощью анализатора электрической энергии МI 4100.

Результаты и обсуждение. Технологические и технические решения для конкретных объектов предлагается выбирать по методике комплексной эколого-экономической оценки систем утилизации навоза с целевой функцией в виде минимума комплексных затрат на единицу удобряемой площади под планируемую урожайность с учетом защиты окружающей среды от загрязнения, сохранения и повышения плодородия почв.

При привязном содержании крупного рогатого скота (КРС) взамен транспортеров типа ТСН или шнековых рекомендуют использовать штанговые транспортеры с гидравлическим приводом тягового контура, которые по основным технико-экономическим показателям значительно превосходят лучшие отечественные и зарубежные аналоги по причине новых технологических и технических решений.

В результате теоретических и экспериментальных исследований установили, что основные эксплуатационно-технологические показатели штангового транспортера предложенной конструкции зависят от влажности навоза, степени заполнения им канала, шага расстановки скребков, длины рабочего хода тягового контура.

Испытания опытного образца показали, что длина рабочего хода тягового органа должна быть больше шага расстановки скребков как минимум на длину зоны раскрытия и закрытия скребков, в противном случае нарушается процесс транспортирования навоза. Длина зоны активного транспортирования, раскрытия и закрытия скребков зависит от степени заполнения канала навозом. От этих же параметров зависит длина формируемого тела волочения и степень деформации его при переходе тягового контура из рабочего состояния на холостой ход.

На рисунке 1 представлены в графической форме результаты экспериментальных исследований влияния степени заполнения канала навозом на длину зоны раскрытия и закрытия скребков и зоны активного транспортирования. Установлено, что с увеличением степени заполнения канала навозом от 25 до 100% зона раскрытия скребков соответственно уменьшается с 498 до 280 мм, а зона закрытия скребков – с 556 до 310 мм. Зона активного транспортирования в рассмотренном случае увеличивается с 2301 до 2520 мм.

Рис. 1. Влияние степени заполнения канала навозом (Δ,%) на длину L зоны активного транспортирования закрытия и раскрытия скребков:

1 – длина зоны активного транспортирования, мм;

2, 3 – длина зоны закрытия и раскрытия скребков, мм

Шаг расстановки скребков, степень заполнения канала навозом и его влажность оказывают существенное влияние на полноту захвата навоза скребками транспортера. При влажности навоза 87,4% и шаге расстановки скребков, равном 1,0 м, максимальная полнота захвата достигается при 50% степени заполнения канала и составляет 89%, при шаге расстановки скребков 1,5 метра отмечается минимальная полнота захвата (рис. 2). Объясняется такая зависимость увеличением доли навоза, переваливаемой через скребок в процессе транспортирования его по каналу.

Рис. 2. Влияние степени заполнения канала навозом (Δ, %) на полноту захвата его скребками (П, %) при длине рабочего хода 2800 мм, влажности навоза 87,4%; при шаге расстановки скребков: 1 – 0,5 м; 2 – 1,0 м; 3 – 1,5 м

При влажности навоза 76,2% максимальная полнота захвата его скребками достигается при степени заполнения канала 25%. Эта величина составляет соответственно 67 и 98% при шаге расстановки скребков 0,5 и 1,0 м. При шаге расстановки скребков 1,5 м степень заполнения канала навозом в диапазоне от 25 до 75% практически не влияет на полноту захвата его скребками, составляя при Δ = 25, 50 и 75% соответственно 97, 100 и 95%, и лишь при Δ = 100% она снижается до 90%, (рис. 3).

Рис. 3. Влияние степени заполнения канала навозом (Δ, %) на полноту захвата его скребками (П, %) при длине рабочего хода 2800 мм, влажности навоза 76,2% при шаге расстановки скребков: 1 – 0,5 м; 2 – 1,0 м; 3 – 1,5 м

Такое незначительное изменение диапазона полноты захвата навоза скребками при шаге расстановки 1,5 м показывает хорошую способность навоза данной влажности формировать устойчивое тело волочения, мало разрушаемое скребками при обратном ходе. Это подтверждается графиками изменения производительности транспортера при шаге расстановки скребков 1,5 м (рис. 4) и энергоемкости (рис. 5). Производительность у данного транспортера максимальная относительно транспортеров с шагом 0,5 и 1,5 м, изменяется в диапазоне от 2000 до 7300 кг/ч (максимальная при степени заполнения канала 100%). Энергоемкость, напротив, минимальная и изменяется от 2,0 до 0,3 кВт·ч/т.

Рис. 4. Влияние степени заполнения канала навозом (Δ, %) на максимально возможную производительность транспортера (М, кг/час) при длине рабочего хода 2800 мм, влажности навоза 76,2% и шаге расстановки скребков: 1 –0,5 м; 2 –1,0 м; 3 –1,5 м 2 – 1.0; 3 – 1.5 m

Рис. 5. Влияние степени заполнения канала навозом (Δ, %) на удельную энергоемкость процесса уборки (Э, кВт·ч/т) при длине рабочего хода 2800 мм, влажности навоза 76,2% и шаге расстановки скребков: 1 –0,5 м; 2 –1,0 м; 3 –1,5 м

Экспериментальными исследованиями установили, что изменение влажности транспортируемого навоза в пределах 76,2-87,4% не оказывает существенного влияния на производительность и удельную энергоемкость процесса, разница в этих показателях не превышает 4-5%.

Выводы

1. Результаты проведенных экспериментальных исследований подтвердили высокую эффективность выполнения процесса транспортирования навоза штанговым транспортером предложенной конструкции, максимальная производительность достигает 7,3 т/час, минимальная удельная энергоемкость – 0,3 кВт·ч/т.

2. Рекомендуемая длина рабочего хода тягового контура должна быть не менее 2500 мм; шаг расстановки скребков – от 1,0 до 1,5 м.

Юрий Анатольевич Иванов,

доктор технических наук, академик Российской академии наук;

Павел Иванович Гриднев,

доктор технических наук, главный научный сотрудник;

Татьяна Трофимовна Гриднева,

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник;

Юлия Юрьевна Спотару,

аспирант, младший научный сотрудник,

Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ