CC BY
29
Рис. 6 - Схема технологической линии комплекса по утилизации птичьего помёта:
1 - приёмно-накопительная станция; 2 - скребковый транспортер (ТСН); 3 - реактор для сушки помёта; 4, 6, 9, 15, 17, 20, 22, 24, 28 - транспортёр; 5, 16 - охладительная колонка; 7, 10, 18 - накопительная емкость; 8, 19 - измельчитель центробежно-роторный; 11 - брикетёр; 12 - упаковочный стол брикетов; 13 - склад; 14 - реактор для газификации помёта; 21 - дозатор; 23- смеситель; 25 - гранулятор; 26 - ленточный транспортёр; 27 - упаковочный стол гранул; 29 - ёмкость для воды; 30 - газгольдер
производства, в связи с этим вопрос по безопасной утилизации помёта становится всё острее.
2. Решение данной проблемы требует комплексной оценки вопроса, начиная от наличия земель сельскохозяйственного назначения, условий образования исходного помёта до изучения его физико-химических свойств, технологий переработки и использования.
3. При утилизации помёта предлагаемым способом для птицефабрики решается экологическая проблема, налаживается производство востребованных и конкурентоспособных продуктов. При утилизации одной технологической линией 120,0 т в сутки помёта влажностью около 70%, годовое производство органо-минерального удобрения будет составлять около 1500 т, а топливных брикетов — 8000 т, при реализации которых предприятие получает экономический эффект около 20 млн руб/г.
4. Производство органо-минерального удобрения позволяет решить проблему повышения плодородия почв. При цене органо-минерального удобрения 5,0 тыс. руб/т, содержащего 320,0 кг действующего вещества, его применение при возделывании сельскохозяйственных культур становится экономически выгодным.
Литература
1. Минигазимов Н.С., Зайнуллина З.С., Акбалина З.Ф. Экологические и санитарно-гигиенические требования при утилизации отходов птицеводства // Уральский экологический вестник. 2015. № 1. С. 7—11.
2. Экспертно-аналитический центр агробизнеса «АБ-Центр» [Электронный ресурс]. URL: // www.ab-centre.ru.
3. Рынок мяса птицы — тенденции и прогнозы 2017 года. [Электронный ресурс]. URL: // https://agrovesti.net.
4. Прогноз социально-экономического развития Российской Федерации на 2018 год и плановый период 2019 и 2020 годов. М., 2017.
5. О ходе и результатах реализации в 2014 году государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013—2020 годы. Национальный доклад. М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2016. 376 с.
6. Сельскохозяйственные рынки России. Аналитический центр при Правительстве Российской Федерации. Аналитический обзор за I квартал 2017 года.
7. Об утверждении целевой программы ведомства «Развитие птицеводства в Российской Федерации на 2010—2012 годы» и Концепции развития отрасли птицеводства Российской Федерации на период 2013—2020 годов. Приказ Минсельхоза РФ от 15 декабря 2010 г. N 433.
8. Кочиш И.И., Петраш М.Г., Смирнов С.Б. Птицеводство. Учебники и учеб. пособия для студентов высших учебных заведений. М.: Колос, 2004. 407 с.
9. Брюханов А.Ю., Шалавина Е.В., Васильев Э.В. Методика укрупнённой оценки суточного и годового выхода навоза / помёта // Молочнохозяйственный вестник. 2014. № 1 (13). С. 78-85.
10. Рекомендации по обоснованию экологически безопасного размещения и функционирования животноводческих и птицеводческих предприятий / Брюханов А.Ю., Максимов Д.А., Васильев Э.В. [и др.]. СПб.: ИАЭП, 2015. 52 с.
Методика и результаты экспериментального исследования коэффициента трения скольжения навоза по перфорированной поверхности
А.В. Старунов, к.т.н, И.Н. Старунова, к.т.н., ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ; Ж.А. Нурписов, к.т.н., профессор, Костанайский ГУ
Навоз является важнейшим сырьём для производства органических удобрений, необходимых для сохранения и повышения плодородия почвы. Ежегодный выход навоза в Российской Федерации
составляет около 250 млн т и ожидается его увеличение к 2020 г. за счёт реконструкции существующих и строительства новых ферм и комплексов [1]. Процесс переработки навоза требует значительных энергетических затрат, а получаемые органические удобрения должны быть полностью обеззаражены от патогенной микрофлоры и личинок гельминтов, обладать пониженной всхожестью семян сорных
растений, характеризоваться меньшей влажностью в сравнении с исходным сырьём и отсутствием твёрдых примесей [1—3].
Решение этого вопроса возможно осуществить за счёт внедрения высокотехнологичных линий и устройств по переработке навоза в качественное органическое удобрение. В результате применения таких энерговооружённых технических систем увеличиваются затраты на производство удобрений в 3—5 раз, что ведёт к убыточности их использования, так как прибавочный продукт сельскохозяйственных культур не окупает произведённые затраты [1].
Для переработки навоза разработаны комбинированные устройства барабанного [3, 4] и шне-кового [5, 6] типа, позволяющие одновременно осуществлять процессы отделения твёрдых примесей и формования пеллет. Процесс переработки сводится к продавливанию рабочим органом (катком) навоза вязкопластичного состояния через перфорированную поверхность.
Сокращение доли затрат на энергоресурсы в структуре себестоимости органических удобрений возможно за счёт совмещения некоторых операций по его переработке. Кроме того, на конструктивные параметры рабочих органов, элементов привода разработанных устройств, их мощностные характеристики в процессе работы оказывает влияние коэффициент трения скольжения.
Выполненные ранее исследования по изучению влияния различных факторов на коэффициент трения скольжения навоза проводились по стальной (шлифованной, необработанной), прорезиненной и деревянной поверхностям [7—9].
Установлено, что основными факторами, влияющими на энергетические затраты и производительность процессов отделения примесей и формования пеллет, являются: влажность навоза, частота вращения барабана или шнека и усилие продавливания навоза через перфорированную поверхность устройства [3, 10].
Цель исследования — изучить влияние влажности навоза, частоты вращения барабана и усилия про-давливания подстилочного навоза КРС на коэффициент трения скольжения по перфорированной поверхности устройств.
Материал и методы исследования. Для изучения влияния перечисленных факторов на коэффициент трения скольжения использовали подстилочный навоз 3-месячного хранения, который по существующей классификации находился в полуперепревшем состоянии [9]. По механическому составу навоз состоял из жидких и сухих экскрементов крупного рогатого скота в смеси с перепревшей и полуперепревшей соломой.
В процессе опытов навоз помещали в специально изготовленный металлический короб с размерами 0,15x0,2x0,07 м, подпрессовывали, после чего определяли массу. Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 1.
Силу трения скольжения определяли методом протаскивания металлического короба с навозом по перфорированной поверхности устройства (рис. 1). Площадь контакта трущихся поверхностей составляла 0,03 м2.
5 4
Рис. 1 - Схема установки для определения коэффициента трения скольжения навоза: 1 - барабан устройства; 2 - перфорированная поверхность барабана; 3 - рама; 4 - короб с навозом; 5 - груз; 6 - динамометр; 7 - трос; 8 - стойка
При проведении эксперимента подвижные решёта, образующие перфорированную поверхность барабана, были закреплены. Навоз помещали в металлический короб, который располагали на перфорированной поверхности в верхней части барабана. В качестве поверхности трения выступала стальная необработанная поверхность, коэффициент перфорации которой составлял 0,47. Для определения силы трения использовали динамометр ДПУ-0,01-2, соединённый с опорой и металлическим коробом посредством троса диаметром 0,001 м. Вращение барабана устройства осуществлялось посредством электродвигателя через понижающий редуктор.
Коэффициент трения скольжения /ск определяли по уравнению Кулона:
Р
/ск = -, (1)
где ¥ — сила трения, Н;
N — сила нормального давления на единицу площади, Н.
В свою очередь:
Р = Рн - Еп, (2)
где ¥Н — сила трения при протаскивании нагруженного короба, Н;
¥П — сила трения при протаскивании пустого короба, Н.
Сила нормального давления N равна:
N = Рн + РГ , (3)
где РН — масса короба с навозом, Н; РГ — масса добавочного груза, Н.
Изменение силы нормального давления под-прессованного навоза осуществляли за счёт варьирования количества гирь, размещённых на пластине над навозом в металлическом коробе.
Процесс продавливания навоза сквозь перфорированную поверхность начинается при подаче
материала в бункер. Это происходит за счёт давления, создаваемого верхними слоями навоза на нижние. Основная масса навоза продавливается за счёт давления, создаваемого подпружиненным рабочим органом (катком). При этом значение давления и соответственно интенсивности продав-ливания навоза на всей перфорированной поверхности контакта различны. По мере приближения обрабатываемого материала к области расположения рабочего органа значения этих показателей возрастают. Поэтому влияние фактора «усилие продавливания подстилочного навоза КРС через перфорированную поверхность» рассматривали как удельное нормальное давление р:
N
Р = J • (4)
где S — площадь контакта трущихся поверхностей, м2.
Опыты проводили в пятикратной повторности и обрабатывали на ЭВМ.
Результаты исследования. Полученные результаты представлены в графической форме на рисунке 2.
Л
Рис. 2 - Зависимость коэффициента трения скольжения подстилочного навоза от удельного давления при различных значениях влажности и и частоты вращения п: 1 - и = 60%, п = 0,12 с-1; 2 - и = 60%, п = 0,034 с-1; 3 - и = 70%, п = 0,12 с-1; 4 - и = 70%, п = 0,034 с-1
Анализ полученных значений показывает, что характер изменения коэффициента трения скольжения во всех случаях оказывается одинаковым. С увеличением удельного давления при рассматриваемых значениях влажности коэффициент трения скольжения уменьшается, и соответственно в зоне продавливания навоза на разработанных устройствах будут наблюдаться его наименьшие значения.
Снижение коэффициента трения скольжения происходит за счёт образующейся между поверхностями трения жидкостной плёнки, которая и оказывает смазывающий эффект. Этот вывод подтверждает и то, что с повышением влажности коэффициент трения скольжения также убывает.
Минимальные значения коэффициента трения скольжения наблюдаются в диапазоне 1500— 1800 Н/м2, дальнейшее увеличение этого фактора будет излишним, т.к. к существенному повышению эффективности продавливания не приведёт и повлияет на уровень энергозатрат, затрачиваемых на привод устройств.
Повышение частоты вращения барабана устройства приводит к увеличению коэффициента трения скольжения в 1,1—1,3 раза.
Выводы. Изучаемый коэффициент отличается от коэффициента трения скольжения по различным сплошным поверхностям трения, превышая его в 1,5—2,5 раза [8—10]. Полученные значения коэффициента трения скольжения могут быть использованы при проектировании и расчётах устройств по переработке подстилочного навоза.
Литература
1. Миронов В.В. Технологии и технические средства интенсификации производства органических удобрений на фермах крупного рогатого скота: автореф. дисс. ... докт. техн. наук. Мичуринск-Наукоград, 2010. 40 с.
2. Старунов А.В., Нурписов Ж.А., Жикеев А.А. Влияние электромагнитного излучения СВЧ-диапазона на всхожесть семян сорных растений // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2014. № 2 (46). С. 63-66.
3. Карташов Л.П., Нурписов Ж.А., Старунов А.В. Обоснование конструкции и параметров выделителя твёрдых примесей из навоза // Техника в сельском хозяйстве. 2006. № 4. С. 12-14.
4. Старунов А.В., Старунова И.Н., Нурписов Ж.А. Совершенствование конструкции барабанного отделителя твёрдых примесей из навоза // Наилучшие доступные технологии: матер. всерос. науч.-практич. конф. 15 декабря 2016 г. Персиановский: Донской ГАУ, 2016. С. 103-107.
5. Старунов А.В., Старунова И.Н., Нурписов Ж.А. Устройство для отделения твёрдых примесей и формования пеллет из навоза // Наилучшие доступные технологии: матер. всерос. науч.-практич. конф. 15 декабря 2016 г. Персиановский: Донской ГАУ, 2016. С. 107-111.
6. Пат. № 22334 Республика Казахстан. Устройство для выделения твёрдых примесей из навоза / № 2009/0165.1; заявл. 09.02.2009; опуб. 15.03.2010, бюл. № 3. 5 с.
7. Шреер А.А., Мухин В.М. О коэффициенте трения овечьего навоза и приспособлении для его определения // Механизация производственных процессов в овцеводстве Казахстана. Алма-Ата. 1982. № 6. С. 96-100.
8. Вороянский Н.П., Артюх А.С. О некоторых физико-механических свойствах навоза // Механизация и электрификация сельского хозяйства. Вып. 3. Киев, 1965.
9. Васильев В.А., Филиппова Н.В. Справочник по органическим удобрениям. М.: Росагропромиздат, 1988. 256 с.
10. Старунов А.В. Отбор значимых факторов при исследовании процесса продавливания навоза через перфорированную поверхность отделителя твёрдых примесей // Вестник сельскохозяйственной науки Казахстана. 2007. № 8. С. 61-63.
11. Практикум по сельскохозяйственным машинам / Под ред. проф. М.М. Константинова / М.М. Константинов, В.Н. Мякин, А.П. Козловцев [и др.]. Оренбург: ООО «Печатный дворик», 2016. 299 с.
