CC BY
25
УДК 631.3:636
НОВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ В МЕХАНИЗАЦИИ ПРОЦЕССА УБОРКИ НАВОЗА В КОРОВНИКАХ
И.К. Текучев, д-р техн. наук, зав. лабораторией М.С. Текучева, канд. техн. наук, вед. науч. сотрудник Т.Р. Юдина, вед. инженер Ю.Н. Черновол, аспирант
Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований технологического процесса уборки навоза в коровниках установками порционного действия. Ключевые слова: коровники, уборка навоза, установки порционного действия.
При привязном способе содержания коров навоз в помещениях убирается преимущественно скребковыми транспортерами типа ТСН-2,0, ТСН-3,0Б, ТСН-160А или шнеками, а за пределы помещения транспортируется преимущественно шнеками. Скребковые транспортеры требуют больших затрат труда слесарей по поддержанию их в работоспособном состоянии. На поворотные звездочки наматываются подстилочные материалы, которые приходится удалять вручную. В процессе длительной эксплуатации некоторые скребки отсоединяются от цепи, другие занимают наклонное положение, при этом процесс удаления навоза из каналов ухудшается и значительно увеличивается его продолжительность.
Эффективный срок эксплуатации скребковых транспортеров не превышает 3-4 лет. Шнеки более надежны в эксплуатации, но очень материало- и капиталоемки. Создание более эффективных технических средств для удаления навоза из коровников до сих пор остается актуальной научно-технической проблемой.
ГНУ ВНИИМЖ создает приемлемую по цене, простую в изготовлении и надежную в эксплуатации установку порционной уборки навоза из коровников для вытеснения с рынка транспортеров и шнеков.
Установка предназначена для перемещения навоза из продольных каналов шириной 320-400 и глубиной 120-200 мм к месту выгрузки в поперечный канал.
Новизна разработки заключается в заборе порции навоза в канале, когда его рабочий орган (каретка) пропускает навоз внутрь себя, а при обратном ходе транспортирует его в сторону разгрузки в поперечный канал [1].
Достоинства установки: установка не нуждается в натяжных устройствах каната, навоз перемещается только по продольному каналу. Все это обеспечивает ее высокую надежность в работе. Материалоемкость двух установок меньше материалоемкости горизонтальной части транспортера типа ТСН-160А в 5 раз, а двух продольных шнеков с решетками - в 30 раз.
Тип установки - стационарный возвратно-поступательного действия с рабочим органом в виде каретки со скребками внутри, пошаговое перемещение которой осуществляется двумя тяговыми лебедками, соединенными с ней канатами.
Установка работает в автоматическом режиме. Уборка навоза начинается от поперечного канала. По программе системы управления работой установки каретка перемещается в канале с навозом на заданное расстояние от 3 до 5 м. Расстояние, на которое перемещается каретка, зависит от физико-механических свойств навоза и периодичности его уборки в течение суток в коровнике.
После прохождения кареткой заданного расстояния, по команде системы управления происходит выключение ведущего привода и
включение в работу второго привода, и каретка с навозом возвращается в исходное положение, при этом навоз из каретки разгружается в поперечный канал. Далее следует переключение приводов, и каретка перемещается уже на две длины первого ее перемещения в канале. Последующие циклы повторяются с увеличением расстояния перемещения каретки на одну длину от первого перемещения до полного освобождения канала от навоза.
Навоз из продольных каналов может убираться в поперечный канал, расположенный как в торце (рис. 1А), так и в середине коровника (рис. 1В). В варианте (А) установка убирает навоз только из одного продольного канала одной кареткой с двумя приводами. В такой установке могут использоваться каретки двух типов: со скребками, жестко соединенными с их боковыми штангами [1] (рис. 2А), и со скребками с осями, вращающимися в отверстиях боковых штанг (рис. 2В).
При этом все скребки одновременно занимают положение вдоль каретки при внедрении в навоз или поперек каретки - при заборе и перемещении навоза в сторону поперечного канала (рис. 2В). В варианте (В) одна установка с двумя каретками и с двумя приводами убирает навоз одновременно из двух продольных каналов. При этом в обеих каретках половина скребков занимают положение вдоль их при внедрении в навоз, а вторая половина скребков - поперек каретки (рис. 2С). После реверсирования привода каретки начинают перемещаться в сторону поперечного канала, а их скребки изменяют свое положение на противоположное, захватывают навоз и перемещают его в сторону разгрузки.
чг
(Г
А
=1 я
г »
1 л ■ 111?111111Р1|1Ш| Й1 ЫИИИ 7 1 II
ШВННЙППП! ; 11 1111111 ' в 1ЙИ
5, «я , лншии/ ^ р
и ........... 1 инк МИН....... ММШ Р
р .......... ШШИЙШ ............
/ 1
А
В
Рис. 1. План-схема размещения установок порционной уборки навоза в поперечный канал, размещенный в торце А и в середине В типового коровника
В
Рис. 2. Установки порционной уборки навоза в поперечный канал, размещенный - в торце коровника: А - с жестко соединенными скребками; В - с вращающимися в горизонтальной плоскости скребками; - в середине коровника: С - с вращающимися скребками с зеркальным расположением относительно середины каретки
Нами выполнены теоретические исследования технологического процесса уборки навоза установкой порционного действия [3].
В результате исследований, в частности, установлено, что производительность установки Ж при равномерном распределении навоза в каретке при стойловом и пастбищном содержании коров будет равна 0 • V •3600
Ж =
1000 (1 + пк )• пк • А
т/ч
в =
Ошибка! Закладка не определена.
(И' + И)
2ИТ
'к / к у
где 0 - количество экскрементов и подстилки, убираемых из канала за одну уборку (зависит от числа включений установки в сутки), кг;
V — средняя скорость перемещения каретки, м/с;
Ь1 — путь перемещения каретки за первый цикл (зависит от физико-механических свойств навоза и кратности его уборки), м;
Пк — количество циклов работы установки за одну уборку.
Теоретически установлены зависимости тягового сопротивления перемещению каретки Б от ее параметров, размеров канала и физико-механических свойств навоза.
В общем виде:
Е=[9,8^ЬВ^г7^(1+2р)+9,8Ь0к^0,05+
+Рмр, (Н)
где Ь - длина каретки, м;
В - ширина канала, м;
Ьг - глубина канала, м;
в - масса каретки, кг;
у - объемная масса навоза, кг/м3;
Г - коэффициент трения навоза о дно канала;
Г - коэффициент трения каретки о дно и стенки канала;
р - коэффициент бокового давления;
0,05 - коэффициент, учитывающий сопротивление от трения каретки о навоз при их относительном движении;
Бмр - сопротивление вращению неработающего мотор-редуктора (определяется опытным путем), Н;
в - коэффициент заполнения каретки навозом, который определяется по формуле
И ,И - минимальная и максимальная высота тела волочения, м.
Сотрудниками лаборатории проведены в лабораторном корпусе ВНИИМЖа (ферма «Ерино» Подольского района Московской области с содержанием коров и нетелей) исследования технологического процесса транспортирования навоза с различными физико-механическими свойствами.
Навоз для исследований доставляли из коровника в лабораторный корпус и распределяли в навозном канале. В качестве подстилки использовали опилки (рис. 3).
А
В
Рис. 3. Положение скребков в каретке при ее перемещении в сторону забора навоза «А» и в сторону его разгрузки «В»
В результате исследований установлено, что усилие на вращение одного выключенного мотор-редуктора другим включенным составляет 180-200 Н, на перемещение каретки в режиме холостого хода (без навоза) -280-300 Н, при внедрении каретки в навоз -600-800 Н, при транспортировании навоза кареткой - 500-600 Н. Мощность, потребная на преодоление этих сопротивлений при средней скорости перемещения каретки 0,2 м/с, соответственно равна 36-40, 56-60, 120160 и 100-120 Вт.
В экспериментах определено, что установка работоспособна во всем исследованном диапазоне изменения физико-механи-
ческих свойств навоза, высоты и количества скребков в каретке, при этом ее транспортирующая способность изменяется от 36 до 117 кг навозной массы, т. е. в 3,25 раза.
Главными факторами, влияющими на транспортирующую способность каретки, являются высота скребков и влажность навоза. Так, при увеличении высоты скребков с 55 до 100 мм она увеличивается с 36 до 64 кг (в 1,8 раза) при влажности навоза 84,3%, с 65 до 99 (в 1,5 раза) при влажности 86,3% и с 78 до 117 кг (в 1,5 раза) при влажности навоза 87,3%.
Транспортирующая способность скребков одной и той же высоты увеличивается при повышении влажности навоза. Так, при высоте скребков 55 мм и увеличении влажности навоза с 84,3 до 87,3% она возрастает с 36 до 78 кг (в 2,17 раза), при высоте скребков 100 мм - с 67до 117 кг (в 1,83 раза) (рис. 4).
■—■—■ высота скребка 11С| = 55 мм;
•-•—• высота скребка Ь ск= 70 мм;
•-*—* высота скребка Ь ск= 85 мм;
•-•-• высота скребка 11С| = 100 мм
Рис. 4. Изменение транспортирующей способности каретки Ок со скребками разной высоты в зависимости от влажности навоза W
Транспортирующая способность каретки при одном цикле забора массы обеспечивает удаление навоза с различной длины участка канала и зависит от параметров скребков, влажности навоза и кратности его уборки в течение суток. Так, при влажности 84,3% и кратности уборки 2, 3 и 4 раза в сутки каретка со скребками высотой 70 мм может за один цикл забирать и транспортировать навоз с участков длиной 2, 3 и 4 м соответственно, а со скребками высотой 100 мм - с длины участков 2,7; 4,0 и 5,0 м. Если же
влажность навоза будет 86,3%, то каретка со скребками высотой 70 и 100 мм сможет убирать навоз за один цикл с участков длиной 3,2; 4,0 и 4,8 м и более.
Средняя производительность установки за один полный цикл уборки навоза из канала в зависимости от режимов работы может изменяться в диапазоне от 0,6 до 3,86 т/ч (рис. 5 и 6).
-1 —> 1—
--
2,4 3,0 3,6 4,2 [шаг,мм
■—■—■ высота скребка 11ск= 55 мм;
• •—• высота скребка 11ск= 70 мм;
•-*—* высота скребка 11ск= 85 мм;
■-■-• высота скребка 11ск= 100 мм;
•-•-• необходимая производительность
установки при 2-х разовой уборке и шаге внедрения 2,4; 3,0; 3,6; 4,2 м
Рис. 5. Зависимости производительности установки О от пути перемещения каретки за первый цикл Ьшаг при 3-х разовой уборке и влажности навоза W=84,3%
Од/ч
0,8 -i
1
0 4-
0,2 0
2,4 3,0 3,6 4,2 и™гам
■-■—■ высота скребка 11ск= 55 мм;
•-» ■ высота скребка 11ск= 70 мм;
•-*—* высота скребка 11ск= 85 мм;
•-•-• высота скребка 11ск= 100 мм;
в-•-• необходимая производительность
установки при 2-х разовой уборке и шаге внедрения 2,4; 3,0; 3,6; 4,2 м
Рис. 6. Зависимости производительности установки О от пути перемещения каретки за первый цикл Ьшаг при 3-х разовой уборке и влажности навоза W=86,3%
Высота тела волочения навоза между скребками увеличивается от первого в сторону разгрузки к последнему и с уменьшением его влажности, а также зависит от высоты скребков. Так, максимальная высота тела волочения навоза влажностью 84,4% перед скребком высотой 85 мм увеличивается с 97 до 197 мм, а при влажности 82,4% - с 128 до 197 мм.
На рис. 7 в качестве примера представлены зависимости расчетной длины участка канала Ьвн, с которого каретка со скребками заданной высоты Ьск и кратностью уборки в сутки п может убрать навоз влажностью W=84,3%, от массы навоза О. Наклонные прямые показывают, сколько навоза может находиться в канале на участке длиной от 1,8 м до 4,8 м при разной кратности его уборки в течение суток (п=1; 2; 3 и 4).
A W—843%
.Ji-iOC
JI-S5 __—-т
1 w--- 1 ___- 1-- ——1
<M П 1 \ У Д» ! i ——■—г 1 ),Я | N 1 1 1 1 1 1 1 1
1,8 2 "'2 4 " 3 0 3 6 4 .1 180,0 (n-l) 2 V» 4.
НО (n-J) 60 (п-4)
1.« " 2,4 3,0 "* .1,6 " 4,2 4,Я Ь..,и
Рис. 7. Зависимости расчетной длины участка канала Lвн, с которого каретка со скребками заданной высоты и кратностью уборки в сутки п может убрать навоз заданной влажности W, от транспортирующей способности каретки Gн
В расчетах принято, что на участке канала длиной 1,2 м (ширина стойла) одной коровы за сутки накапливается 60 кг навоза. Горизонтальные прямые показывают транспортирующую способность каретки.
Пересечение горизонтальных линий с наклонными означает максимально возможную длину участка канала, с которого каретка со скребками заданной высоты за один цикл может убрать навоз при установленной кратности его уборки.
Так, каретка со скребками высотой 55 мм может убрать за каждый цикл порцию навоза с участка канала длиной 2,25 м при n=3 раза в сутки и длиной 3 м - при n=4. Эти данные необходимы для разработки программы автоматического управления микроконтроллером работой установки порционной уборки навоза на конкретной ферме.
Литература:
1. Пат. 2416194 РФ. Установка порционной уборки навоза / И.К. Текучев. Опубл. 20.04.11, Бюл №11.
2. Заявка 2013120358 РФ. Установка порционной уборки навоза. Приоритет 30.04.13.
3. Текучев И.К., Текучева М.С., Черновол Ю.Н. Теоретические исследования процесса транспортирования навоза установкой порционного действия // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2013. №2. С. 7-9.
4. Экспериментальные исследования транспортирования навоза установкой порционного действия / М.С. Текучева, И.К. Текучев, Т.Р. Юдина [и др.] // Техника в сельском хозяйстве. 2013. №2. С. 15-18.
5. Текучев И.К., Черновол Ю.Н. Результаты исследований процесса уборки навоза из коровников установкой порционного действия // Вестник ВНИИМЖ. 2013. №4(12). С. 154158.
6. Текучев И.К., Серегин ВА, Текучева М.С. Теоретическое исследование процесса зачерпывания навоза скрепером // Механизация скотоводческих ферм / Науч. тр. ВНИИМЖ. Подольск, 1981. С. 82-97.
The new direction of process of manure cleaning
mechanization in cowsheds
I.K. Tekuchev,
M.S. Tekucheva,
T.R. Yudina,
Yu.N. Chernovol
Results of theoretical and pilot studies of technological process of cleaning of manure are given in cowsheds by installations of portion action.
