CC BY
41
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2007. Вып. 79.
УДК 631.171
A. В. ТРИФАНОВ, канд. техн. наук;
B. К. НАЙДЕНКО, канд. техн. наук;
Ю.А. БРЫКОВ
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
САМОТЕЧНО-СЛИВНОЙ СИСТЕМЫ УДАЛЕНИЯ НАВОЗА ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
Представлены программа и результаты исследований на экспериментальной модели канала и производственной проверки в свинарнике-откормочнике на 800 голов свинофермы ООО «Животноводческий комплекс Бор» с целью определения эффективных конструктивных параметров и особенностей работы самотечно-сливной системы периодического действия.
Опыт эксплуатации самотечно-сливной системы удаления навоза у нас в стране и за рубежом показывает, что при ее использовании предъявляются особые требования к технологии содержания и кормления свинопоголовья, к размерам каналов (длине, глубине, ширине) и их элементов, к их водонепроницаемости, а также требуется особое внимание в период пуска ее в эксплуатацию.
После периодического удаления навоза из канала на дне его остается часть навоза. При длительной эксплуатации, а также по другим причинам эта часть (остаток) превращается в осадок, высота среднего слоя которого может постепенно увеличиваться, что уменьшает полезную вместимость канала и, в конечном счете, приводит к неработоспособности системы. Оптимизация технологических и конструктивных параметров, а также режимов работы этой системы является актуальной проблемой свиноводства.
Для проведения экспериментальных исследований была разработана и изготовлена экспериментальная модель канала (рис. 1).
133
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
а
б
в
Рис. 1. Схема и фотография лабораторной установки самотечно-сливной системы удаления навоза периодического действия: а - вид с боку, б - вид сверху, в - фотография
Установка состоит из металлической емкости 6 прямоугольной формы объемом 0,75 м3, пластиковой трубы 5 диаметром 200 мм с отводом 7 и фланцами, задвижки пробкового типа 8, и подставки 9. В комплект установки входят вспомогательные устройства: приемная емкость 2 объемом 0,75 м3, передвижная таль 1 и лебедка 3 с ручным приводом грузоподъемностью 1000 кг. На дне модели канала имеется
134
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2007. Вып. 79.
отверстие, перекрывающееся задвижкой пробкового типа, к которому крепится пластиковая труба с отводом с помощью фланцев. В средней части труба опирается на регулировочный винт 4, установленный на подставке, с помощью которого регулируется уклон трубы. Модель канала установлена на подставку.
На лабораторной установке предусмотрено изменять ширину модели канала от 300 до 900 мм; высоту заполнения его навозом перед спуском и уклон коллектора (трубы) от 0,003 до 0,006, а также изменять консистенцию навоза.
Навоз для проведения опытов брали из навозосборника свинарника-откормочника №5 свинофермы ООО «Животноводческий комплекс Бор». Для получения навоза заданной влажности в него добавляли навоз непосредственно из станков, чтобы он стал гуще либо добавляли воду для его разжижения.
Навоз отстаивался в модели канала в течение заданного времени с замером температуры. В момент открытия задвижки в лотке включали секундомер для определения производительности установки. После удаления навозной массы из модели канала в приемную емкость замеряли остаточный слой навоза, оставшийся на дне канала и в пластиковой трубе через каждые 10 минут в течение 30 минут. Замеры высоты остаточного слоя производили в 11 точках на длине 1м (через каждые 0,1м). Каждый опыт проводили в 3-кратной повторности. Затем определяли влажность осадка навоза, оставшегося в модели канала.
После проведения опыта навоз из приемной емкости перегружали в модель канала, поднимая ее лебедкой, затем задавали новые параметры последующего опыта. Уровень навоза в модели канала измеряли линейкой. Высоту остаточного слоя навоза измеряли с помощью металлической пластины, тарированной через каждые 0,1 м. Уклон коллектора устанавливали с помощью регулировочного винта 4. Измерение уклона коллектора осуществляли с помощью гидроуровня. Всего было проведено 45 опытов.
На основе ранее проведенных исследований [1] установлено, что при влажности навоза 90% и более остаточный слой увеличивается, что объясняется интенсивным расслоением навоза на фракции. Для проверки продолжительности возможного отстаивания навоза в модели канала был проведен опыт по изучению расслаивания навоза.
135
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
При оценке гранулометрического состава было выяснено, что состав твердой фракции жидкого свиного навоза не однороден и содержит частицы различных размеров. Основную массу навоза влажностью 88-94% составляют частицы размером менее 0,5 мм и размером 1-3 мм. Это частицы минеральных веществ и не переварившиеся плохо размолотые компоненты комбикорма.
По значениям высот остаточного слоя, полученным после спуска навоза разной влажности из модели канала, была построена зависимость высоты остаточного слоя навоза от влажности (рис. 2). Из графика видно, что при увеличении влажности навоза с 88% до 90% остаточный слой уменьшается, что можно объяснить уменьшением значения предельного напряжения сдвига. Затем с увеличением влажности с 91% остаток увеличивается, что объясняется интенсивным расслоением навоза на фракции. Таким образом, оптимальная влажность навоза составляет 89-91%. В производственных условиях она может находиться в пределах 89-92%.
По результатам определения массы навоза, остающейся в коллекторе после спуска навоза из модели канала, была построена зависимость величины остаточной массы навоза в коллекторе от его уклона (рис. 3).
ho, м
Рис. 2. Зависимость высоты остаточного слоя навоза от влаж-
ности
136
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2007. Вып. 79.
-я— 89 -д- 90 —*— 94
т,кг/п.м
Рис. 3. Изменение массы остаточного навоза в трубе в зависимости от уклона трубы
По результатам исследований были построены профили свободных поверхностей остаточного слоя навоза, образующегося в модели канала после его слива, по длине канала.
Экспериментальные результаты исследований были обработаны с помощью программы STATGRAPHICS Plus и получена регрессионная модель второго порядка:
ho = 0,02166 - 0,00075 Х^ 0,0015 Х2+ 0,0130 Х3- 0,00421 Х^ + +0,00175 Х 1 Х2+0,00025 Х1 Х3+0,03429 Х22 + 0,01975 Х2 Х3+ 0,00579 Х32,
где Х1 - уклон коллектора; Х2 - влажность навоза; Х3 - отношение высоты заполнения навозом к ширине модели канала.
Уравнение адекватно по критерию Фишера.
В результате решения регрессионной модели определено оптимальное значение величины высоты остаточного слоя навоза ho=0,073 м.
Соответственно оптимальные параметры лотка будут иметь следующие значения: длина лотка L =9 м, длина плеча лотка
137
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
0,5L=4,5 м (от стенки до задвижки), ширина В=3,0 м, глубина заполнения навозом hH=0,35 м, уклон коллектора i=0,0045.
Параллельно с проведением исследований на модели канала проводили опытно-производственную проверку. Объектом опытнопроизводственной проверки являлась самотечно-сливная система удаления навоза периодического действия в свинарнике-откормочнике на 800 голов свинофермы ООО «Животноводческий комплекс Бор» (рис. 4, 5).
72000
Рис. 4. План и разрез свинарника-откормочника на 800 голов:
1 - станок для содержания свиней на откорме; 2 - кормушка; 3 - решетчатый пол; 4 - задвижка пробкового типа; 5 - коллектор продольный; 6 - коллектор поперечный; 7 - вентиль; 8 - воздушный клапан; 10 - навозоприемник
Самотечно-сливная система представляет собой каналы шириной 1,8 м, перекрытые решетками и разделенные бетонными перегородками на навозоприемные ванны длиной по 6 м каждая. Под ваннами проложен продольный коллектор из пластиковой трубы диаметром 200 мм с уклоном i=0,005 в сторону навозосборника. Каждая ванна соединена с коллектором посредством тройника, закрывающегося герметично в верхней части задвижкой пробкового типа. При заполне-138
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2007. Вып. 79.
нии ванны задвижку пробкового типа открывают, навоз сливается в продольный коллектор и по нему самотеком поступает в навозоприемник.
Рис. 5. Схема фрагмента самотечно-сливной системы удаления
навоза:
1 - ванна; 2 - задвижка; 3 - решетка; 4 - отвод; 5 - поперечный коллектор; 6 - продольный коллектор; 7 - тройник; 8 - перегородка ванны; 9 - приямок; 10 - воздушный клапан
Особенностью системы навозоудаления является то, что над одной навозоприемной ванной находится два смежных станка для содержания свиней, с выгороженной зоной дефекации расположенной на щелевом полу.
За качественный параметр процесса удаления навоза из навозоприемных ванн приняли средний остаток навоза в ванне после ее опорожнения. Физико-механические свойства навоза определяли по общепринятой методике [2]. Перед спуском навоза из ванн каналов в свинарнике-откормочнике на 800 голов относительная влажность навоза была в пределах 89-91%. Плотность навоза изменялась в пределах 1030-1100 кг/м3.
Период накопления навоза был по продолжительности от 30 до 40 дней. Наблюдения проводили на 22 ваннах системы навозоуда-
139
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
ления свинарника. Перед вводом в эксплуатацию, после проверки на герметичность в ваннах был оставлен технологический слой воды 0,1м. При дальнейших спусках и начале следующего накопления навоза технологический слой воды в ванны не заливали и слив навоза производили при высоте заполнения ванны на 0,45-0,55 м при глубине ванны 0,6 м.
Замеры высоты остаточного слоя производили в течение 24 часов с интервалом в 30 минут после открытия пробки и слива навоза из лотка в коллектор. Средняя высота остаточного слоя в начале ванны составляла 6-7 см, на рабочем плече - 2,9 м.
Активно процесс истечения остаточного слоя происходило в течение первых 2 часов, затем истечение замедлялось. Следовательно, чем больше период истечения остаточного слоя, тем лучше качество удаления навоза. Влажность остаточного слоя на дне ванны находилась в пределах 86-90% и изменялась в зависимости от времени истечения остаточного слоя из ванны в течение 24 часов.
Также значение остаточного слоя определялось в период пуска и последующей эксплуатации самотечной системы. Значения остаточного слоя находились в этих же пределах. Причем, барботирование навоза в ванне перед спуском, очистка и мойка навозоприемных ванн после каждого следующего спуска от остаточного слоя не производились.
На основании результатов проведенных исследований можно констатировать, что на протяжении эксплуатации самотечной системы в течение года увеличение остаточного слоя не произошло. Сбоев в работе системы в течение года не было.
Для сравнения высот остаточного слоя навоза влажностью 91% и 89% в модели канала и в навозоприемной ванне свинарника-откормочника были построены графики 6 и 7.
При сравнении теоретического профиля остаточного слоя навоза и «производственных» профилей в ваннах свинарника установили, что расхождения значений при влажности навоза 89% составляет 5%, а при влажности 91% - 8%.
Исходя из типоразмеров свинарников, наиболее распространенная ширина зданий 9 и 18 м. Целесообразно принять максимальную длину ванны равную 9 м, с рабочим плечом ванны равным 4,5 м. Рассчитаем и построим теоретический профиль свободной поверхности остаточного слоя навоза для влажности 88%, 91% и 94% (рис. 8).
140
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2007. Вып. 79.
Рис. 6. Профили свободной поверхности высоты остаточного слоя навоза Wн=91%
Рис. 7. Профили свободной поверхности высоты остаточного слоя навоза Wн=89%
141
Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.
ho,M.
Рис. 8. Теоретический профиль свободной поверхности остаточных слоев навоза влажностью 88, 91, 94%
Из графика следует, что при влажности навоза 91% (при рабочем диапазоне влажности навоза 88-91%) высота остаточного слоя навоза в ванне не превышает 0,1 м. Такая высота остаточного слоя навоза допускается при эксплуатации самотечной системы удаления навоза периодического действия.
ВЫВОДЫ
1. Максимальное плечо от стенок ванны до сливного отверстия должно быть не более 4,5 м.
2. Глубина ванн самотечно-сливной системы удаления навоза периодического действия должна быть в пределах 0,4-0,6 м.
3. Уклон должен быть для продольных коллекторов 0,003-0,0045, для поперечных коллекторов 0,0045-0,006.
4. Накопление навоза в ваннах должно производиться на 3/4 или 4/5 высоты (глубины) ванны, а по продолжительности оно должно быть кратно рабочим циклам содержания различных половозрастных групп свиней.
142
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2007. Вып. 79.
5. Полученные в результате исследований параметры использованы при разработке исходных требований на оборудование самотечно-сливной системы удаления навоза периодического действия в свинарниках.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гордеев В.В. Параметры и режимы работы универсальной самотечной системы удаления навоза из свинарников: Дисс...канд. техн. наук. - Ленинград-Пушкин, 1989.
2. Калюга В. В., Найденко В. К., Красехин И. Д., Харитонов М.Ф., Афанасьев В.И. Яблочков В. И. Основы методики определения физико-механических свойств текучих кормовых смесей и свиного навоза //Науч. тр. НИИМЭСХ Северо-Запада. - Вып. 7. - Л., 1971.
Получено 02.07.2007.
В.И. СОЛОДУН, канд. техн. наук ДА. ГВОЗДОВ
РЕЗУЛЬТАТЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ НАКЛОННОГО ШНЕКОВОГО ЗАГРУЗЧИКА НАВОЗА НА ФЕРМАХ КРС
Дан анализ состояния систем навозоудаления на фермах КРС. Приведены результаты лабораторных исследований наклонного шнекового загрузчика навоза КРС. На основе исследований получены оптимальные параметры и режимы работы загрузчика: угловой частоты вращения рабочего органа, угла наклона загрузчика в зависимости от относительной влажности транспортируемого навоза.
Одним из основных условий технического перевооружения ферм КРС является внедрение эффективного оборудования, обеспечивающего комплексную механизацию и высокую надежность выполнения технологических процессов. На фермах КРС широкое распространение находят механические системы навозоудаления. Данные системы наряду с простотой конструктивного исполнения, высокой степени
143
