CC BY
7
УДК 621.929:631.8
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РАБОТЫ ПРИЦЕПНОГО РОТОРНО-ЛОПАСТНОГО АЭРАТОРА НАВОЗНО-КОМПОСТНЫХ
СМЕСЕЙ
В.И. Харитонов
Представлены результаты экспериментальных исследований технологических параметров работы прицепного роторно-лопастного аэратора навозно-ком-постных смесей. Определены зависимости энергетических показателей и производительности от диаметра фрезерного барабана, его частоты вращения и скорости перемещения агрегата.
Ключевые слова: навозно-компостная смесь, производительность, роторно-лопастной аэратор, технологические параметры, фрезерный барабан, частота и скорость вращения, энергетические показатели.
Как всем хорошо известно, животноводство - источник ценнейших продуктов питания, сырья, а также органических удобрений (навоза, помета и др.). Навоз - важнейшее органическое удобрение. В его составе находятся все основные питательные вещества, необходимые растениям, поэтому его называют полным удобрением. Его использование имеет большое значение для регулирования круговорота веществ в земледелии, сохранения и повышения содержания гумуса в почвах. Указывая на громадное значение навоза, академик Д. Н. Прянишников писал: «Как бы ни было велико производство минеральных удобрений в стране, навоз никогда не потеряет своего значения, как одно из главнейших удобрений в сельском хозяйстве» [1].
Наука и практика знает немало технологий переработки навоза с целью его последующего применения в земледелии. Учитывая масштабность переработки отходов животноводства, растениеводства и других органических отходов, наиболее распространенным и экономически оправданным (невысокая себестоимость и адекватные эксплуатационные затраты) является процесс компостирования. Однако традиционная технология данного процесса не обеспечивает необходимую эффективность. Достичь ее возможно только при системном подходе, который объединяет весь комплекс вопросов, связанных с созданием перспективных технологий и технических средств для производства и использования высококачественных органических удобрений. Наиболее экономичным является компостирование органических отходов на открытых площадках с контролем и регулированием факторов, обеспечивающих оптимальный технологический режим процесса компостирования. Это достигается периодической аэрацией бурта путем его перелопачивания с помощью специальных технических средств — аэраторов [2, 3].
Таким образом, совершенствование технологического процесса компостирования - это актуальное направление исследований, которое способствует повышению эффективности производства органических удобрений и качества сельскохозяйственной продукции.
Целью данной публикации является освещение результатов экспериментальных исследований по определению технологических параметров, разработанного и созданного в Институте механизации животноводства Национальной академии аграрных наук Украины (ИМЖ НААН), роторно-лопастного аэратора навозно-компостных смесей.
Результаты исследований
Созданный в ИМТ НААН прицепной роторно-лопастной аэратор навозно-компостных смесей (рис. 1), оснащен рамой со сцепкой для агрегатирования с мобильным транспортным средством. Рама имеет опорные колеса и горизонтальный фрезерный барабан с рабочими элементами в виде плоских лопастей, расположенных радиально по встречным винтовым линиям.
Рис. 1. Общий вид прицепного роторно-лопастного аэратора навозно-компостных смесей в агрегате с трактором
Аэратор оснащен системой увлажнения и инокуляции компоста, которая состоит из емкости для жидких компонентов, распылителей, распределителя и насоса. Для привода фрезерного барабана от ВОМ трактора использован редуктор. В 2011 г. прицепной роторно-лопастной аэратор прошел экспериментальные испытания в Львовском филиале УкрНИИПИТ им. Л. Погорелого [4]. Оборудование и приборы, которые использовались во время испытаний, представлены на рисунке 2.
Испытания проводились:
- на наименьшей скорости трактора с фрезерными барабанами диаметром 490 и 550 мм, вращающихся с частотой 675 и 1250 об/мин.;
- на компостном бурте с плотностью массы 600 кг/м3 шириной 2,7 м и высотой 0,6 м;
- со скоростью перемещения агрегата от 0,48 до 0,55 м/с.
Таким образом, был проведен пассивный эксперимент.
Рис. 2. Общий вид оборудования и приборов, которые использовались во время экспериментальных
исследований
При проведении исследований фиксировались мощность привода фрезерования N (кВт), производительность агрегата Q (кг/с), тяговое сопротивление Ет(кН). Статистическая обработка полученных экспериментальных данных (с применением ППП Statistica), позволила получить исследуемые зависимости от варьируемых факторов в виде линейных моделей:
- мощности привода фрезерного барабана, кВт
N = 66.8029 - 0.0984 • Б + 0.0217 • п -31.7706 • V
?
- производительности перелопачивания бурта, кг/с
0 = 146.092 - 0.2862 • Б - 0.0182 • п + 536.2947 • V.
- тягового сопротивления перемещению аэратора, кН Б = -3.265 + 0.01406 • Б - 0.00203 • п - 0.03741 • V
тт п
Достоверность полученных уравнений подтверждается уровнем значимости, наибольший из которых составляет 0,012. Зависимости парных взаимодействий диаметра барабана D, частоты его вращения п и скорости перемещения аэратора Уп на полученные зависимости показателей работы аэратора, которые представляют собой семейства кривых равной величины, оцениваются исходя из условия минимального значения критерия оптимизации - энергоемкости, которая составляет 31,0 Дж/кг. Это условие выполняется для значений исследуемых факторов: диаметра D=550 мм, частоты вращения барабана п=675 об/мин. и скорости перемещения агрегата Уп=0,55 м/с.
Полученные зависимости графически представлены на рисунке 3.
Рост производительности от скорости агрегата, на наш взгляд, дополнительного объяснения не требует.
Рис. 3. Влияние диаметра Б и частоты п вращения барабана и скорости Уп перемещения агрегата на производительность Q процесса
Зависимости влияния парных взаимодействий исследуемых факторов на мощность фрезерования проиллюстрированы на рисунке 4.
Рис. 4. Влияние диаметра Б и частоты п вращения барабана и скорости Уп перемещения агрегата на мощность ^ фрезерования
На рисунках 3, 4 и последующем рисунке 5 изображения соответствуют четным воздействиям факторов:
а) диаметра D и частоты вращения барабана п при скорости перемещения агрегата Уп=0,55 м/с;
б) диаметра D и скорости Уп при п=675 об/мин.;
в) скорости Уп перемещения агрегата и частоты вращения барабана п при D=550 мм.
Анализ этих факторов показывает снижение производительности перелопачивания бурта при фиксированной скорости перемещения агрегата с увеличением диаметра барабана и частоты его вращения. Это объясняется тем, что с увеличением диаметра барабана возрастает количество непереброшенной массы. Кроме того с увеличением частоты вращения барабана уменьшается угол его поворота до начала схода массы с лопасти, т.е. увеличивается ее рассеивание.
Анализируя полученные поверхности, видим, что мощность перелопачивания навозно-компостного бурта для обоих сочетаний факторов возрастает с уменьшением диаметра барабана. Это объясняется увеличением пути объема фрезерования массы до начала скалывания верхней части гребня бурта, а также увеличением объема непереброшенной массы через барабан.
Рост мощности перелопачивания от частоты вращения фрезерного барабана, т.е. линейной скорости режущих элементов при отсутствии существенной зависимости между усилием резания, на наш взгляд, разъяснения не требует.
Со скоростью перемещения агрегата мощность возрастает при фиксированной частоте вращения. Природа этого явления объяснена выше. Скорость агрегата в паре с частотой вращения фрезерного барабана почти не влияет на мощность привода, так как она незначительна в сравнении со скоростью режущих кромок. Также была проведена оценка изменения общей энергоемкости (с учетом затрат на перемещение машины). Она рассчитывается как частное от деления суммы общей мощности, т.е. мощности на привод барабана и перемещения агрегата, на производительность процесса и представлена выражением (1) в Дж/кг.
Е3 =343.756-0.371-Э + 0.079 • п-290.906 • V С1)
Полученные на основе этого уравнения парные зависимости общей энергоемкости от указанных выше факторов отражены на рисунке 5.
Рис. 5. Влияние диаметра D и частоты п вращения барабана и скорости Уп перемещения агрегата на общую энергоемкость Е
Из анализа этих зависимостей видно, что энергоемкость перелопачивания бурта снижается с ростом всех исследуемых факторов во всех их сочетаниях. Это объясняется тем, что в составляющих энергоемкости, которая является частным от деления мощности привода на производительность, знаменатель изменяется более интенсивно, чем числитель.
Выводы
Оптимальными технологическими параметрами работы роторно-лопастного аэратора являются (при минимальной энергоемкости):
- диаметр фрезерного барабана 550 мм;
- частота вращения 650 об/мин.;
- скорость перемещения агрегата 0,55 м/с.
Энергоемкость перелопачивания при таких технологических параметрах составляет 31,0 Дж/кг, производительность 271,4 кг/с (976,9 т/ч).
Литература:
1. Берестецкий O.A., Возняковская Ю.М., Доросинский Л.М. Биологические основы плодородия почв. М.: Колос, 1984. 260с.
2. Афанасьев В.Н., Калюга В.В. Технологии и комплексы машин для уборки, обработки и использования навоза в качестве удобрения. Л.: НИПТИМЭСХ С3, 1975. 28с.
3. Lorenzo B. Compostaggio, le macchine per ogni operazione // МасеЬ.е mot^gr. 2002. №5. Р. 49.
4. Шевченко И.А. Результаты экспериментальных исследований смесителя-аэратора компо-стов // Сб. науч. трудов / Институт механизации животноводства НААН. Запорожье, 2011. Вып.2(8). С. 80-88.
Харитонов Владимир Иванович, аспирант
ННЦ «Институт механизации и электрификации сельского хозяйства» НАН Украины Тел. +38(061)289-81-44 E-mail: imtuaan@ukr.net
The experimental researches results of the rotary-vane trailed manure and compost mixes aerator technological parameters have been represented. The dependence of energy parameters and productivity on the milling drum diameter, its rotation frequency and the machine speed has been defined.
Keywords: manure and compost mix, productivity, rotor-vane aerator, technological parameters, milling drum, rotation speed and frequency, energy parameters.
