Обоснование технологического процесса и параметров установки порционной уборки навоза из коровников тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат наук Черновол Юлия Николаевна

• Черновол Юлия Николаевна
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Черновол Юлия Николаевна

Введение

Глава 1. Анализ технологий и технических средств

уборки навоза из коровников

1.1 Способы содержания коров и их анализ

1.2 Анализ технологического процесса уборки навоза скребковыми транспортерами

1.2.1 Транспортеры кругового действия

1.2.2 Транспортеры возвратно-поступательного

движения

1.3 Анализ технологического процесса уборки навоза шнековыми (винтовыми) транспортерами

1.4 Анализ технологического процесса уборки навоза установками порционного действия

1.5 Анализ результатов теоретических исследований

по обоснованию конструктивных параметров и режимов работы

навозоуборочных установок

Вывода по главе

Глава 2. Теоретическое обоснование технологического процесса

уборки навоза установкой порционного действия

2.1 Основные технологические требования к процессу порционной уборки навоза из продольных каналов

2.2 Теоретическое обоснование технологического процесса

уборки навоза установкой порционного действия

2.3 Обоснование методики по определению выхода экскрементов

от коров

2.4 Обоснование технологических режимов и параметров

работы установки порционного действия

Выводы по главе

Глава 3. Программа и методики экспериментальных исследований

уборки навоза установкой порционного действия

3.1 Программа исследований

3.2 Методики исследований

Глава 4. Установка порционной уборки навоза

Глава 5. Результаты экспериментальных исследований

уборки навоза установкой порционного действия

Выводы по главе

Глава 6. Определение экономической эффективности уборки навоза

установкой порционного действия

Основные выводы

Список литературы

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование технологического процесса и параметров установки порционной уборки навоза из коровников»

Введение

Актуальность темы. В настоящее время на фермах с привязным содержанием коров уборка навоза осуществляется, в основном, скребковыми транспортерами типа ТСН-2, ТСН-3 и ТСН-160 различных модификаций, а также штанговыми и шнековыми транспортерами.

Наибольшее распространение получили транспортеры кругового действия типа ТСН. Их поворотные звездочки подвергаются значительным механическим нагрузкам, т.к. при их работе одновременно транспортируется навоз по всей длине каналов коровника. Из-за быстрого нарушения уплотнений подшипники дополнительно подвергаются химическому воздействию навозом, что приводит к их преждевременному износу, люфтам, отказу. Кроме того, прорезание цепью канавки в дне канала вызывает подъем скребков, что в совокупности не позволяет обеспечить надежное выполнение технологического процесса. Требуются значительные затраты труда по поддержанию транспортеров в работоспособном состоянии. Шнеки более надежны в работе, но большая удельная металлоемкость на одну голову скота и капиталоемкость делает их экономически недоступными для большинства производителей молока. К тому же для удаления подстилочного навоза требуются дополнительные трудозатраты на его проталкивание через решетки. В последнее время значительно увеличивается число крестьянских (фермерских) хозяйств с небольшими размерами ферм, проблема оснащения которых эффективными системами удаления навоза весьма актуальна.

На некоторых фермах продуктивность коров уже сегодня достигает 800010000 кг молока в год. Действующие рекомендации по проектированию систем удаления навоза разработаны без учета продуктивности коров, в них предусмотрено, что количество навоза, получаемого от коров, на всех фермах одинаково, и определяется из расчета суточного выхода экскрементов от одной коровы 55 кг (35 кг кала, 20 кг мочи). Коровы с высокой продуктивностью объективно выделяют больше экскрементов, что приводит к повышению нагрузки на рабочие ор-

ганы навозоуборочных транспортеров и к нехватке объемов навозохранилищ. В связи с этим для проектирования систем удаления навоза необходимо провести исследования по уточнению массы выхода экскрементов от коров.

Целью настоящей работы является разработка технологии и установки порционной уборки навоза с повышенными эксплуатационными свойствами для крестьянских (фермерских) хозяйств.

Для достижения поставленной цели были определены задачи исследования:

1. Провести анализ существующих технологий и средств уборки навоза из коровников.

2. Обосновать технологический процесс и конструктивно-режимные параметры установки порционного действия с учетом физико-механических свойств навоза и массы выхода экскрементов при дифференциации коров по массе и продуктивности.

3. Разработать, изготовить и провести экспериментальные исследования установки порционной уборки навоза с рабочим органом в виде каретки с поворачивающимися в горизонтальной плоскости скребками.

4. Оценить экономическую эффективность применения установок порционной уборки навоза.

Объект исследований: технологический процесс уборки навоза из коровников установкой порционного действия.

Предмет исследований: установка порционной уборки навоза из коровников с привязным содержанием животных.

Научная новизна: разработан технологический процесс уборки навоза из продольных каналов коровников с привязным содержанием животных, обеспечивающий последовательное удаление порций навоза прямолинейно кареткой с поворачивающимися в горизонтальной плоскости скребками при ее возвратно-поступательном движении с обоснованием конструктивно-режимных параметров

установки и уточненная методика определения выхода экскрементов при дифференциации коров по массе и продуктивности.

Практическая значимость работы: разработана установка с рабочим органом в виде каретки с поворачивающимися в горизонтальной плоскости скребками, перемещаемой канатами двух тяговых лебедок, обеспечивающая уборку навоза порциями от 36 до 117 кг. Обоснованы конструктивные параметры и режимы работы новой установки для уборки навоза из продольных каналов коровников, установлена ее экономическая эффективность при замене скребковых и штанговых транспортеров, а именно: при замене горизонтальной части транспортера типа ТСН-160А снижаются: масса - в 5 раз, мощность привода - в 4 раза, удельный расход электроэнергии - в 1,4 раза. Установка может работать в небольших фермерских хозяйствах с поголовьем от 10 голов КРС. Получен патент по изобретение № 2527793 от 11.07.2014 г.

Разработана уточненная методика определения массы выделяемых экскрементов высокопродуктивными коровами для использования при проектировании систем удаления, обработки, обеззараживания, хранения и утилизации навоза.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Аналитические зависимости параметров технологического процесса и установки порционной уборки навоза от массы, физико-механических свойств навоза.

2. Методика определения выхода экскрементов при дифференциации коров по массе и продуктивности;

3. Установка порционной уборки навоза и результаты экспериментальных исследований.

Степень достоверности результатов исследований: достоверность экспериментальных данных обеспечивается использованием современных методов статистической обработки и регрессионного анализа, компьютерных программ Microsoft Office Word, Excel, AutoCAD.

Апробация результатов исследований: результаты диссертационной работы докладывались на международных научно-практических конференциях:

- «Совершенствование управления технологическими процессами в животноводстве - основа повышения эффективности производства и качества продукции» (ФГБНУ ВНИИМЖ, г. Москва, 2013 г.);

- «Стратегия развития механизации и автоматизации животноводства на период до 2030 года» (ФГБНУ ВНИИМЖ, Москва, 2015 г.);

- «Методология создания конкурентоспособных предприятий по производству продукции животноводства» (ФГБНУ ВНИИМЖ, Москва, 2016 г.).

- «Инновационная техника и ресурсосберегающие технологии в животноводстве» (ФГБНУ ВНИИМЖ, Москва, 2017 г.).

Публикация результатов исследований: основные результаты диссертации опубликованы в 10 научных статьях, в том числе 2 научные статьи в центральных периодических изданиях, включенных в перечень ВАК и 1 статья в рецензируемом научном издании, входящем в международные реферативные базы данных и системы цитирования, получен 1 патент на изобретение № 2527793 от 11.07.2014 г., бюл. № 25. «Установка порционной уборки навоза», авторы: Теку-чев И.К., Текучева М.С., Черновол Ю.Н.

Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, обзора литературы, материала и методов исследований, результатов исследований, заключения, списка литературы, приложения. Диссертация изложена на 111 страницах, иллюстрирована 17 таблицами, 41 рисунком.

Список литературы включает 91 источник, в том числе 3 на иностранных языках.

Глава 1. Анализ технологий и технических средств уборки навоза

из коровников 1.1 Способы содержания коров и их анализ

Для решения проблемы продовольственной безопасности нашей страны необходимо увеличение производства животноводческой продукции, т.е. повышение продуктивности скота, что может быть осуществлено за счет улучшения его породных качеств, кормления и содержания. Условия содержания животных, особенно микроклимат, в значительной мере оказывают влияние на продуктивность. На микроклимат животноводческого помещения существенно влияет способ уборки навоза, который должен минимизировать загазованность, накопление сероводорода, аммиака и других вредных веществ [20, 54, 62, 88].

Для производства животноводческой продукции промышленным способом разработан ряд типовых научно обоснованных технологий, каждая из которых рассчитана на получение наибольшего экономического эффекта применительно к конкретным природно-климатическим условиям размещения комплекса.

В настоящее время утвердились два основных способа содержания коров: привязный и беспривязный. Кроме того, разновидностью беспривязного содержания скота является способ нефиксированного содержания коров в комбибок-сах. Относительная эффективность одной технологии по сравнению с другой определяется, прежде всего, тем, насколько она обеспечивает сохранность здоровья (долголетие) и рост продуктивности коров, снижение затрат труда.

Более 80 % коров на фермах России содержится на привязи. На привязи содержат обычно дойное стадо [21, 43]. Этот способ не требует высокой квалификации работников фермы, обеспечивает более щадящие условия содержания животных. Привязное содержание имеет следующие недостатки: до сих пор нет надежных автопривязей; длинные стойла - грязные коровы, большие затраты ручного труда на очистку стойл, чистку коров, распределение подстилки. Очень изнурительный труд дояра - перенос доильных аппаратов, их многократное подключе-

ние и отключение, поднос воды и ручное подмывание вымени. Объективно плохой контроль за процессом доения - в результате мастит - бич российских ферм. Средняя нагрузка на одного работника фермы не превышает 13-15 голов, за рубежом 25-40 коров. За одним оператором доения закрепляется группа из 25-50 коров. В группе находятся животные с разной продуктивностью, сухостойные, нетели и маститные коровы. Их трудно перегруппировать, а тем более локализовать, так как они закреплены за конкретным оператором. Длинные молокопрово-ды (300 м), 120 стыков - трудно их хорошо промыть, результат - трудно обеспечить получение высококачественного молока.

Итог - в целом велики затраты ручного труда (4-6 чел.ч/ц молока), непривлекательность труда животновода для образованной сельской молодежи. Уборка навоза из стойл и внесение подстилки осуществляется скотником вручную.

Но в сравнении с беспривязным способом содержания можно отметить следующие положительные свойства привязного способа: более продолжительный срок продуктивного использования коров (4-5 лактаций против 2,5-3,5 лак-таций), т.к. при беспривязном способе коровы содержатся большими группами по 100-150 голов и перемещаются по длинным скотопрогонам с металлическими решетками над поперечными магистральными каналами для сбора навоза из секций; коровы длительное время пребывают в навозной массе в процессе поедания кормов между уборками навоза скреперами, во время потребления воды из поилок, которые размещаются в поперечных проходах, из которых навоз очень редко убирается вручную. Это вызывает болезнь ног копытной гнилью, ревматическое воспаление, нарывы подошвы. Доля коров, которые выводятся из стада по причине заболеваний копыт, составляет порядка 8 %. Отсутствие выгульных площадок и моционов без воздействия на животных прямых солнечных лучей снижает их иммунитет. Жесткие логова боксов из-за невозможности ежедневно вносить в них подстилку. По данным ветеринара Джэпа Дриссена (Голландия), один час дополнительного времени лежания здоровой коровы приносит дополнительно 1 л молока в сутки. А для того, чтобы корова хотела много отдыхать лежа, место от-

дыха должно быть удобным и мягким. Важно, чтобы корова имела постоянный доступ к теплой воде. По данным проф. N. Rossow (Германия), в боксе с жестким резиновым покрытием корова лежит на 6 часов меньше. Но если она легла в таком боксе, то не хочет вставать из-за болезненных ощущений в суставах, и как следствие, реже идет пить воду и поедать корм. При беспривязном содержании происходит увеличение межотельного периода с 365 до 400.. .440 дней (в среднем до 420 дней), что приводит высокую продуктивность коров за лактацию к более низкой среднегодовой, например, с 7500 кг до 6500 кг, т.е. в среднем на 1000 кг (12,5 %). При привязном содержании более высокий выход телят, поэтому необходимо продолжать уделять большее внимание совершенствованию привязного способа содержания коров. Создание новой высокопроизводительной техники для такого способа содержания коров для условий России особенно актуально.

Существующие механические средства удаления навоза требуют высокой квалификации работников, выполняющих монтаж, недостаточно надежны, зачастую выполнены их дешевых, некачественных материалов. Все это ведет к частым отказам отдельных составных частей и системы навозоудаления в целом. На их устранение затрачиваются значительное время и материальные ресурсы.

Повышение надежности, увеличение сроков службы рабочих органов и механизмов, работающих в агрессивной среде, научно обоснованный выбор комплектов оборудования и технологий позволит ускорить решение проблемы эффективного удаления навоза [5].

С.В. Мельников предложил следующую схему по классификации технологических процессов уборки навоза на фермах и комплексах (рисунок 1.1) [42].

Применяются два основных способа уборки навоза из животноводческих помещений - механический и гидравлический. Используют также комбинированный способ, который сочетает в себе оба названных. Отдельным можно считать способ уборки навоза из животноводческого помещения в хранилище под его полом [29].

Рис. 1.1. Схема технологического процесса уборки, удаления, хранения и утилизации навоза на фермах и комплексах

Механическая система представлена мобильными и стационарными средствами, применяемыми для удаления навоза, которые могут работать как на жидком, так и на подстилочном навозе.

Средства для уборки навоза из коровников классифицируются исходя из способа содержания животных (подстилочное и бесподстилочное), дополнительного применения воды в системах или безводной уборки (гидравлические или механические), по конструктивному исполнению, а также принципу действия (рисунок 1.2).

К механическим системам относятся транспортеры кругового (цепочно-скребковые) и возвратно-поступательного действия (штанговые), установки с каретками, винтовые конвейеры (шнеки), скреперные установки, мобильные агрегаты, поршневые и насосные установки транспортирования навоза из коровников [66].

Рис. 1.2. Классификация навозоуборочных средств

Экологическая безопасность сельскохозяйственного производства является одной из приоритетных целей, заявленных в Государственной программе развития сельского хозяйства на период до 2020 года и в других документах. В последнее время приняты меры, направленные на повышение заинтересованности предприятий не только в успешном, но и экологически безопасном производстве сельскохозяйственной продукции. Не последнее место среди них занимают меры экономического стимулирования, ужесточение экологического законодательства, усиление государственного экологического надзора и повышение административных штрафов за загрязнение окружающей среды [76].

Очевидно, что наиболее эффективный путь экологически безопасного производства, снижения сметной стоимости строительства линий уборки и утилизации навоза, энергетических и трудовых затрат, а также эксплуатационных расходов - это уменьшение выхода массы стоков из производственного сектора предприятий, которое может быть обеспечено лишь за счет сокращения поступления

воды в систему навозоудаления. Поэтому совершенствование систем удаления навоза должно быть направлено, в первую очередь, на применение безводных способов его уборки [21].

Как следствие, наибольшее распространение в животноводстве имеют способы уборки навоза транспортерами различного типа. Они обеспечивают уборку навоза естественной влажности без использования воды, а значит, и без его разбавления [18, 46].

Состояние экономики Российской Федерации в полной мере отражается и на развитии сельского хозяйства. Поэтому развитие производства систем механизации, в том числе и навозоудаления, зависит от финансового положения сельскохозяйственных предприятий, большинство из которых находится сейчас в очень тяжелом положении. Потребность в навозоуборочном оборудовании у большинства хозяйств очень высока, но, несмотря на это, из-за финансового неблагополучия они вынуждены ремонтировать старое, в большинстве своем, изношенное оборудование. Износ (эксплуатация сверх срока амортизации) действующего технологического оборудования систем удаления, транспортирования и подготовки удобрений достигает 80 % [46].

Из числа применяемых механических средств уборки навоза наиболее распространены (более 50 %) в отечественном животноводстве скребковые транспортеры кругового движения типа ТСН, отличающиеся техническим несовершенством и, как следствие, высокой энергоемкостью и низкой надежностью.

Исследованием процессов уборки навоза из помещений техническими средствами занимались доктора технических наук Мельников В.С. [42], Ковалев А.А.[31], Гриднев П.И. [17], Текучев И.К. [66], кандидаты технических наук Вейнла В.Э. [9], Сакнит Я.Ю. [61], Соловьев Р.В.[75], Журавлев Б.И. [75], Ко-станди Ф.Ф. [43], Левчикова М.В.[69], Текучева М.С. [67], Гриднева Т.Т. [46] и др.

Исследования указанных авторов позволили раскрыть физическую сущность явлений, происходящих при взаимодействии рабочих органов с навозом, и

разработать методики расчета навозоуборочных установок. Результаты исследований были положены в основу при проектировании и создании средств механизации уборки навоза - скребковых и штанговых транспортеров.

1.2 Анализ технологического процесса уборки навоза скребковыми транспортерами 1.2.1 Транспортеры кругового действия

Наиболее распространенной является конструкция установки с горизонтально замкнутой цепью и консольным креплением скребков, что позволяет одновременно убирать навоз из помещений и грузить его в транспортные средства.

В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются скребковые транспортеры марок ТСН-2,0Б, ТСН-3,0Б, ТСН-160А, ТСН-80, КСУ-Ф-1 и др. Для каждой фермы, в зависимости от ее размеров, осуществляется уточнение их длины путем укорачивания цепного контура [17].

Транспортеры типа ТСН для уборки навоза из животноводческих помещений имеют существенные технологические и конструктивные недостатки [18]:

- механизируется уборка навоза только с площади под транспортером, а очистка стойл выполняется вручную;

- неоптимизирован путь транспортирования навоза до точки выгрузки;

- при транспортировании навоз многократно (технологически неоправданно) перемешивается, проходит через обводные блоки;

- при включении рабочие органы технического средства воздействуют на всю массу навоза, накопившегося в канале, что приводит к перегрузкам и выбросу навоза из канала на проход или в стойла;

- наличие открытых навозных каналов приводит к ухудшению микроклимата, перерасходу подстилки, загрязнению кожного покрова животных;

- при работе транспортера происходит интенсивный износ его рабочих органов и поверхности навозных каналов, при длительной работе тяжелая цепь

углубляется в бетон канала, в результате этого скребки поднимаются вверх и начинают плохо убирать навоз;

- при использовании в качестве подстилки неизмельченной соломы или другого длинностебельчатого материала возможен сход цепи со звездочки (вследствие наматывания материала на звездочку), навоз плохо отделяется от скребков в месте выгрузки, цепь удлиняется и требуется периодическое натяжение путем удаления звеньев [46, 65];

- ограничено применение на небольших фермах в крестьянских (фермерских) хозяйствах.

Принцип действия скребкового транспортера, следующий: тяговый орган транспортера, огибая приводное и поворотные устройства (звездочки-ролики), перемещает расположенные на равном расстоянии один от другого скребки. Направление движения тяговой цепи одностороннее [54, 61].

Из-за большого сопротивления перемещаемой массы длина цепи горизонтального транспортера не должна превышать 200 м.

Конструктивная особенность транспортера ТСН-2 состоит в том, что его цепь длиной 170 м монтируют в продольных каналах и наклонных корытах. От места загрузки до транспортных средств навоз перемещает один и тот же скребок перед собой по дну горизонтального и наклонного каналов. Транспортер способен убрать из каналов до 95% навоза.

Долговечность этих транспортеров выше, чем транспортеров ТСН-3,0Б, и достигает 5 лет. Цепь этого транспортера также долговечнее, но она имеет тот недостаток, что изготовление кованых звеньев требует применения специального нагревательного и ковочного оборудования [54, 61].

В настоящее время выпускается модернизированный вариант ТСН-2,0Б под маркой КСН-Ф-100 (изготовитель - Южноуральский машиностроительный завод), в котором по сравнению с ТСН-2,0Б крепление скребков шарнирное, изменена конструкция натяжного устройства [18]. Рабочий орган - клепанная пластинчатая цепь с кованым звеном со скребками [77].

Транспортер ТСН-3,0Б состоит из двух самостоятельных транспортеров -горизонтального и наклонного, которые работают отдельно друг от друга.

Он имеет горизонтально-замкнутую пластинчатую шарнирную безвтулочную разборную цепь с консольно прикрепленными к ней скребками.

Цепь горизонтального и наклонного транспортеров поступает в хозяйство в разобранном виде, что требует дополнительных затрат ручного труда при монтаже на месте эксплуатации [61].

Через определенное время работы транспортера (особенно в период обкатки) тяговая цепь иногда настолько удлиняется, что натянуть ее натяжным устройством оказывается невозможным. При этом зацепление шарниров цепи с зубьями ведущей и поворотных звездочек сопровождается шумом и ударами. При чрезмерном удлинении цепи ее необходимо укоротить на два звена. Это трудоемкая операция. Требуются большие затраты труда слесарей по поддержанию их в работоспособном состоянии.

Транспортер скребковый ТСН-3,0Д отличается от транспортера ТСН-3,0Б преимущественно строением цепей горизонтального и наклонного транспортеров. Их соединяющее звено состоит из двух пластин, между которыми заложена резиновая прокладка толщиной 5 мм с фигурными пазами. При сборке транспортера заводом-производителем в эти пазы закладывается графитовая смазка. Мыски на гантелях осей не позволяют им поворачиваться относительно планок. Это увеличивает продолжительность службы транспортера. Чтобы избежать разъединения цепи при ослаблении ее натяжения, между планками и соединительным звеном надеты резиновые прокладки, что предотвращает их перемещение вдоль планок. Расстояние между скребками горизонтального транспортера 1000 мм [37, 64].

В своих работах ученые изучали вопросы выявления условий эксплуатации и общих характеристик работоспособности навозоуборочных транспортеров, коррозионных характеристик среды, в которой работают эти машины, характеристик микроклимата, химические, физические и физико-механические свойства навоза. Совместное действие механических нагрузок и коррозийных сред приво-

дит к значительному сокращению срока службы тяговых цепей навозоуборочных транспортеров. Причину этого явления можно объяснить тем, что при работе транспортера в коррозионной среде увеличивается скорость распространения усталостных трещин в структуре металла. Большинство авторов пытались, в основном, найти способы усовершенствования серийной цепи транспортера ТСН-3,0Б, но ни одному из них практически не удалось исследовать работоспособность цепей новых типов непосредственно в коровниках, и результаты этих работ не получили практического внедрения.

Попытки исключить режим перегрузки путем увеличения прочности тяговых и рабочих органов привели к резкому повышению их массы и пока не дали желаемых результатов. Так, за годы выпуска скребковых транспортеров кругового движения в нашей стране прочность тяговой цепи увеличилась в 3,4 раза, что повлекло за собой увеличение массы в 2,5 раза. Однако по-прежнему имеют место разрывы тяговых цепей, изгиб скребков и поломки узлов привода [31].

Сакнит Я.Ю. в своей работе предложил в качестве тягового органа навозо-уборочного транспортера круглозвенную цепь. Им предложен также способ крепления скребков - сверху цепи, при этом цепь находится в специальном канале, что позволило практически избавиться от «голосования» (поднятия) скребков (рисунок 1.3) [61].

Рис. 1.3. Элемент цепи со скребком транспортера ТСН-160

Скребковый транспортер ТСН-160 имеет круглозвенную термически обработанную цепь, автоматическое натяжное устройство цепи горизонтального транспортера и стальные термообработанные комбинированные звездочки. При использовании на практике были выявлены недостатки, с целью устранения которых разработаны и поставлены на производство две усовершенствованные модели транспортера: ТСН-160А и ТСН-160Б (изготовитель - АО «Орехово-Зуевский ремонтно-механический завод») [45,53].

Цепь имеет горизонтальные и вертикальные звенья, кронштейны. Последние приварены к вертикальным звеньям цепи. К кронштейнам болтами прикрепляются скребки.

Длительный опыт эксплуатации транспортеров ТСН-160Б (КСГ-7) показал, что реальный срок их службы составляет лишь 3 года, а не 5 лет, как указано в паспортах и протоколах испытаний. Кроме того, они непригодны для уборки подстилочного навоза, включающего в себя неизмельченную солому [16].

Также существуют модели ТСН-160АМ и ТСН-160М с рабочим органом -калиброванной круглозвенной цепью [77].

Для удаления навоза из небольших животноводческих помещений с одновременной погрузкой его в транспортное средство или бурт выпускается транспортер ТСН-80 (изготовитель - завод «Ковельсельмаш»). Он выполнен на базе транспортера ТСН-160А и состоит из горизонтальной и наклонной частей, каждая из которых имеет собственный привод. Части могут использоваться вместе или раздельно, поэтому транспортер поставляется в шести различных исполнениях. Отличительной особенностью ТСН-80 является болтовое крепление скребков к цепи горизонтального транспортера, обеспечивающее надежность в работе [53].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Черновол Юлия Николаевна, 2018 год

/ \

Рис. 4.3. План-схема размещения установок порционной уборки навоза в поперечный канал, размещенный в торце типового коровника

Установка для выгрузки навоза из продольных каналов коровника в поперечный канал, размещенный в центре коровника, содержит каретку, представленную на рисунке 4.5. Ее особенностью является симметричное расположение половины скребков. При внедрении в навоз первая половина скребков располагается вдоль рамы каретки, а вторая - перпендикулярно ей. Применение каретки со скребками, поворачивающими в горизонтальной плоскости, обеспечивает самоочищающийся эффект.

При перемещении порции навоза к поперечному каналу положение скребков меняется на противоположное. Первые скребки поворачиваются вокруг своих осей и занимают положение, перпендикулярное к раме каретки, а вторые - располагаются вдоль нее.

Рис. 4.4. Установка порционной уборки навоза с 8 скребками УПУН-Ф-320-2

(=п

о, | ,0

( \ 1 \

/ Л \ УПУН-Ф-320-2 Л \ /

' - 1 1

и 4 / „

7 Л \ \ / \ /

5, ,0

/ \

72000

Рис. 4.5. План-схема размещения установок порционной уборки навоза в поперечный канал, размещенный в центре типового коровника

Глава 5. Результаты экспериментальных исследований уборки навоза

установкой порционного действия

Результаты, полученные в ходе эксперимента по определению массы выхода экскрементов от высокопродуктивных коров, приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1. Суточный выход экскрементов от коров

Кличка коровы Мила Кукла Радуга Фуксия Резеда Нитка Мерка Лама Мальва Динара

Вес коровы, кг 600 634 580 600 600 580 600 600 634 600

Удой в сутки, кг 25,3 25,2 23,0 22,7 21,8 21,3 21,2 21,2 15,5 14,2

Месяц лактации, месяц 7 6 6 5 3 2 3 5 8 7

Средняя масса экскрементов в сутки, кг 87,2 82,9 87,1 82,7 76,9 76,1 75,3 77,8 71,5 71,5

Дисперсия 44,9 62,4 59,5 19,4 39,7 28,6 3,61 25,3 10,1 12,8

Среднеквадратиче-ское отклонение 6,7 7,9 7,7 4,4 6,3 5,4 1,9 5,0 3,2 3,6

Коэффициент вариации, % 7,7 9,3 8,8 5,3 9,1 7,0 2,6 6,5 4,4 5,0

По данным таблицы 5.1 построен график анализа суточного выхода экскрементов от коров (рисунок 5.1).

Сс, кг

85

80

75

70

♦

♦ ♦ ♦ ♦ у = 1,402х + 50,109 К2 = 0,7323

♦

14 16 18 20 22 24 26 Ус, кг

Рис. 5.1. Зависимость выхода экскрементов в сутки Ос от суточного удоя Ус Суточные рационы кормления коров, от которых получали экскременты,

приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2. Суточный рацион кормления коров на

Зоотехнической опытной станции РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева

Состав рациона Влажность, % Радуга Нитка Лама Мальва Динара

Патока, кг 69,95 1,0 1,5 1,5 1,0 1,0

Комбикорм, кг 12,87 4,0 5,0 5,0 4,0 4,0

Шрот подсолнечный, кг - 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

Соя, кг - - 0,5 0,5 - -

Сено, кг 15,31 4,0 5,0 5,0 4,0 4,0

Свекольный жом, кг - 1,5 2,0 2,0 1,5 1,5

Травяная нарезка, кг 70,81 40,0 40,0 40,0 40,0 40,0

Всего, кг - 51,5 55,0 55,0 51,5 51,5

Проведенные опыты позволили установить, что при среднесуточном удое 14,2 кг средний выход экскрементов составил 71,5 кг в сутки, при увеличении среднесуточного удоя до 23,0 кг средний выход экскрементов возрос до 87,1 кг.

Расхождение результатов теоретических и экспериментальных исследований не превышает 15 %.

Результаты исследований установок порционной уборки навоза представлены в таблицах 5.3-5.5.

Таблица 5.3. Технические характеристики модификаций установок порционного

действия

Наименование показателей Модификации установок

УПУН-Ф-320-1 УПУН-Ф-400-1 УПУН-Ф-320-2 УПУН-Ф-400-2

Количество каналов, из которых одновременно убирается навоз, шт. 1 1 1 1

Поперечное сечение каналов (глубина х ширина), мм 120 х 320 200 х 400 120 х 320 200 х 400

Длина канала, м 65 65 63 63

Средняя скорость перемещения каретки, м/с 0,2 0,2 0,2 0,2

Средняя масса убираемой порции навоза каретками установки, кг 69 160 68 154

Количество электроприводов, шт. 2 2 2 2

Установленная мощность 2-х мотор-редукторов, кВт 1,1 2,2 1,1 2,2

Количество установок в типовом коровнике на 200 голов, шт. 4 4 4 4

Конструктивные размеры кареток модификаций установок порционной уборки навоза приведены в таблице 5.4.

Таблица 5.4. Конструктивные размеры кареток модификаций установок

Модификации установок

Наименование показателей УПУН-Ф- УПУН-Ф- УПУН-Ф- УПУН-Ф-

320-1 400-1 320-2 400-2

Количество кареток в одной 1 1 1 1

установке, шт.

Ширина каретки, мм 300 380 300 380

Длина каретки, мм 2800 2800 4500 4500

Длина участка каретки, заполняемая навозом, мм 2400 2400 2500 2500

Высота скребков, мм 100 150 100 150

Длина скребков, мм 300 380 300 380

Шаг скребков, мм 500 500 500 500

Количество скребков, шт. 5 5 8 8

Расчет массы модификаций установок представлен в таблице 5.5.

Таблица 5.5. Масса установок

Модификации установок

Наименование показателей УПУН-Ф- УПУН-Ф- УПУН-Ф- УПУН-Ф-

320-1 400-1 320-2 400-2

Масса рамы каретки, кг 21 26 33 42

Масса скребков каретки, кг 10 19 16 30

Масса 2-х мотор-редукторов MRD, кг 58 65 58 65

Масса барабана с рамой, кг 22 22 22 22

Частота вращения выходного вала мотор-редуктора, об./мин. 22 22 22 22

Длина стального нержавеющего каната диаметром 5 мм, м 130 130 128 128

Масса канатов, кг 17 17 17 17

Масса пульта управления одной 10 15 10 15

установки, кг

Масса одной установки, кг 138 164 156 191

Фракционный состав навоза представлен в таблице 5.6.

Таблица 5.6. Фракционный состав навоза при влажности W = 83,02%

Номер сита, мм 0 7 5 3 1 < 1 Всего

Размер фракции, мм 10 10-7 7-5 5-3 3-1 < 1

Масса сухого вещества на сите, г 3,51 0,86 1,04 2,44 1,04 30,99 49,24

Масса сухого вещества на сите, % 7,13 1,75 2,13 4,96 21,12 62,91 100

В результате исследований установлены зависимости высоты тела волочения Ьгв при различной влажности навоза от высоты скребка Нск (расстояние между скребками 400 мм). При влажности навоза ^'н = 82,4 % и высоте скребка Нск = 55 мм максимальная высота тела волочения достигает 3 Нск. С увеличением высоты скребка (при одной и той же влажности) высота тела волочения растет, но не прямо пропорционально. Если при Нск = 55 мм - высота тела волочения Ь^ = 3 Нск, то при Нск = 100 - Итв = 2,35 Нск (рисунок 5.2).

к к к • • •

» Ф ♦

высота скребков Нск = 55 мм; высота скребков Нск = 70 мм; высота скребков Нск = 85 мм; высота скребков Нск= 100 мм.

В сторон)' выгрузки

Ч> 0° 4 0° о"о°о о°0 »" о «» о »• о о® О о» о о о° о а" ро эо оооооо О о О о Оо оооо о о о о

о в' о »' о (" о О О о О о О о О О о\

Рис. 5.2. Изменение высоты тела волочения Итв по длине каретки Ьк в зависимости от высоты скребков Нск при движении каретки к разгрузочному окну = 82,4

%, расстояние между скребками 400 мм)

При увеличении влажности навоза = 84,3 %) высота тела волочения перед скребками уменьшается. Перед скребком Нск = 55 мм максимальная высота

тела волочения достигает 2 Нск, а перед скребком Нск = 100 мм всего 1,6 Нск (рисунок 5.3).

1» 4 •

£ 1 МО ^^^^^ А ^ < > _____

1» < > 130 1» 1» • 130

•п. к 1*1 1М 1

1 115 i г — ► ии

110 105 . Гц» ■ _ ___ ■ 1М Л •—■ «••ода 1 100 100 ■

■» —

Рис. 5.3. Изменение высоты тела волочения Итв по длине каретки Ьк в зависимости от высоты скребков Нск при движении каретки к разгрузочному окну = 84,3

%, расстояние между скребками 400 мм) ■ ■ высота скребков Нск = 55 мм; к к высота скребков Нск = 70 мм; • • высота скребков Нск = 85 мм; Ф Ф высота скребков Нск = 100 мм.

Обработка экспериментальных данных показала, что коэффициент корреляции колеблется от 0,689 до 0,9763, что говорит о высокой достоверности полученных данных.

Экспериментально установлены зависимости транспортирующей способности каретки (массы транспортируемой порции навоза) от высоты скребков, установленных на ней (55, 70, 85, 100 мм) при различной влажности навоза (рисунок 5.4).

(■к. КГ 110

100

90

КО 70 60 50 40 30

\У=87.3%_

(*' = 0.9998

^\ и-"' 90 5 \\ =8и%^ —99 16

пу I

V* __________' у__________

.............. 5 9 \\=ШУХйт 6; Я

( 5 3 Я1 »0.9667 ■

«

55

70

85

100 Иск, мм

Рис. 5.4. Зависимости транспортирующей способности каретки Ок от высоты скребка Нск при разной влажности навоза W - зависимости, полученные в экспериментальных исследованиях;

Л - зависимости, полученные методом экстраполяции по г результатам экспериментальных исследований.

При высоте скребка Нск = 55 мм транспортирующая способность равна 36,3 кг, при увеличении высоты скребка до 100 мм транспортирующая способность возрастает до 63,8 кг (в 1,75 раза) (влажность навоза W = 84,3%) (рисунки 5.4 и 5.5).

При изменениях влажности навоза с 84,3 до 87,3 % и высоты скребков с 55 до 100 мм транспортирующая способность каретки возрастает с 36 до 117 кг, т.е. в 3,25 раза. При перемещении порций навоза одной и той же влажности (86,3 %) с увеличением высоты скребков с 55 до 100 мм транспортирующая способность каретки увеличивалась с 64 до 99 кг, т.е. в 1,54 раза.

GK, кг 110 100 90 80 70 60 50 40 30

84,3

85,3

86,3

87,3 W, %

Рис. 5.5. Изменение транспортирующей способности каретки Ок со скребками

разной высоты от влажности навоза W

высота скребка Нск = 55 мм; высота скребка Нск = 70 мм; высота скребка Нск = 85 мм; высота скребка Нск = 100 мм.

Так, при высоте скребка Нск = 100 мм с увеличением влажности навоза с 84,3 до 87,3 % масса перемещаемой кареткой порции навоза увеличивается с 64 до 117 кг (в 1,8 раза). Ранее было показано (рисунки 5.2 и 5.3), что с увеличением влажности навоза высота тела волочения перед скребком уменьшается. Но при этом транспортирующая способность каретки увеличивается (рисунок 5.5). Это объясняется тем, что при меньшей влажности навоза (W = 82,4 %) высота тела волочения за движущимся вперед скребком значительно меньше, чем перед скребком, перемещающим эту массу. При увеличении влажности навоза (W = 84,3%) высота тела волочения между двумя скребками была одинаковой. К тому же при такой влажности первый скребок при движении в сторону выгрузки навоза перемещает перед собой его массу на длину 1 м и более.

Определив экспериментально транспортирующую способность установки с различными скребками при различной влажности навоза и средней скорости транспортирования V = 0,2 м/с, рассчитали производительность установки при 1,

2, 3, 4 разовой уборке навоза в коровнике. Результаты расчетов представлены в таблице 5.7.

Таблица 5.7. Расчет производительности установки. Исходные условия: длина навозного канала L = 62 м (поперечный канал в торце коровника), средняя скорость перемещения каретки v = 0,2 м/с.

50 коров в сутки выделяют 3 т навоза (60 кг/гол.)

Наименование показателей Данные при заданном шаге пе-

ремещения каретки, м

1 2 3 4 5

Путь перемещения каретки за первый цикл (Ьшаг), м 2,4 3,0 3,6 4,2

Кол-во циклов работы установки за 1 уборку, цикл 26 21 17 15

Путь, который проходит каретка за одну уборку, м 1684,8 1386 1101,6 1008

Время работы установки за 1 уборку, ч 2,34 1,90 1,53 1,4

Время работы установки в сутки при 2-х разовой уборке, ч 4,68 3,8 3,06 2,8

Производительность установки при 2-х разовой уборке, т/ч 0,64 0,79 0,98 1,07

Время работы установки в сутки при 3-х разовой уборке, ч 7,02 5,70 4,59 4,20

Производительность установки при 3-х разовой уборке, т/ч 0,43 0,53 0,65 0,71

Время работы установки в сутки при 4-х разовой уборке, ч 9,36 7,60 6,12 5,60

Производительность установки при 4-х разовой уборке, т/ч 0,32 0,39 0,49 0,53

Влажность навоза W = 84,3%

Расчетная производительность установки при 2-х разовой уборке при высоте скребков И =55 (по результатам испытаний), т/ч 0,40 0,40 0,40 0,39

—"-------И=70 мм 0,59 0,59 0,59 0,57

—"-------И=85 мм 0,66 0,65 0,66 0,63

—"-------И=100 мм 0,71 0,71 0,71 0,68

Расчетная производительность установки при 3 -х разовой уборке при высоте скребков И =55 мм (по результатам испытаний), т/ч 0,40 0,40 0,40 0,39

—"-------И=70 мм 0,59 0,59 0,59 0,57

—"-------И=85 мм 0,66 0,65 0,66 0,63

—"-------И=100 мм 0,71 0,71 0,71 0,68

Расчетная производительность установки при 4-х разовой уборке при высоте скребков И =55 мм (по результатам испытаний), т/ч 0,40 0,40 0,40 0,39

—"-------И=70 мм 0,59 0,59 0,59 0,57

—"-------И=85 мм 0,66 0,65 0,66 0,63

—"-------И=100 мм 0,71 0,71 0,71 0,68

Влажность навоза W = 86,3%

Расчетная производительность установки при 2-х разовой уборке при высоте скребков И =55 мм (по результатам испытаний), т/ч 0,77 0,71 0,72 0,69

—"-------И=70 мм 0,88 0,88 0,88 0,85

—"-------И=85 мм 1,01 1,00 1,01 0,97

—"-------И=100 мм 1,00 1,10 1,10 1,06

1 2 3 4 5

Расчетная производительность установки при 3 -х разовой уборке при высоте скребков И =55 мм (по результатам испытаний), т/ч 0,72 0,71 0,72 0,69

—"-------И=70 мм 0,88 0,88 0,88 0,85

—"-------И=85 мм 1,01 1,00 1,01 0,97

—"-------И=100 мм 1,10 1,10 1,10 1,06

Расчетная производительность установки при 4-х разовой уборке при высоте скребков И =55 мм (по результатам испытаний), т/ч 0,72 0,88 1,01 1,10

—"-------И=70 мм 0,71 0,88 1,00 1,10

—"-------И=85 мм 0,92 0,98 1,01 1,02

—"-------И=100 мм 0,99 0,95 0,97 1,06

По результатам расчетов построены зависимости, представленные на рисунках 5.6 - 5.11. Максимальный путь внедрения, на котором обеспечивается работоспособность установки, это 2,6 м только при высоте скребков 100 мм (рисунок 5.6).

Рис. 5.6. Зависимости производительности установки Р от пути перемещения каретки за первый цикл Ьшаг при 2-х разовой уборке и влажности навоза

W = 84,3 % -Щ-Ш высота скребка Нск = 55 мм; к к высота скребка Нск = 70 мм;

высота скребка Нск = 85 мм; высота скребка Нск = 100 мм;

необходимая расчетная производительность установки при 2-х разовой уборке навоза и шаге внедрения каретки в навоз на 2,4; 3,0; 3,6; 4,2 м.

На рисунках показаны области производительности при заданных параметрах и режимах работы, в которых выше теоретической прямой обеспечивается ра-

ботоспособность установки и полное удаление навоза из канала, а ниже - установка неработоспособна, так как ее потенциально возможная производительность ниже необходимой.

Максимальный путь внедрения, на котором обеспечивается работоспособность установки, 3,3 м при высоте скребков 70 мм; 3,7 м при высоте скребков 85

мм; 4,0 м при высоте скребков 100 мм (рисунки 5.7, 5.8).

Рис. 5.7. Зависимости производительности установки Р от пути перемещения каретки за первый цикл Ьшаг при 3-х разовой уборке и влажности навоза

W = 84,3 % и и высота скребка Нск = 55 мм; к к высота скребка Нск = 70 мм; - - - высота скребка Нск = 85 мм;

• • высота скребка Нск = 100 мм;

♦ ♦ ♦ необходимая расчетная производительность установки при 3-х разовой уборке навоза и шаге внедрения каретки в навоз на 2,4; 3,0; 3,6; 4,2 м.

Анализ данных зависимостей показывает, что при влажности навоза W = 84,3 % каретка за 2 раза убрать накопившийся в канале навоз не может, но может убрать за 3 или 4 раза. С увеличением влажности до 86,3 % практически установка с любыми скребками (И = 55, 70, 85, 100 мм) может убрать накопившийся навоз за сутки за 2, 3, 4 раза (рисунки 5.9, 5.10, 5.11).

4-4-4-

Рис. 5.8. Зависимости производительности установки Q от пути перемещения каретки за первый цикл Ьшаг при 4-х разовой уборке и влажности навоза W = 84,3 % высота скребка Нск = 55 мм; высота скребка Нск = 70 мм; высота скребка Нск = 85 мм; высота скребка Нск = 100 мм;

необходимая расчетная производительность установки при 4-х разовой уборке навоза и шаге внедрения каретки в навоз на 2,4; 3,0; 3,6; 4,2 м.

Рис. 5.9. Зависимости производительности установки Q от пути перемещения каретки за первый цикл Ьшаг при 2-х разовой уборке и влажности навоза

W = 86,3 % высота скребка Нск = 55 мм; высота скребка Нск = 70 мм; высота скребка Нск = 85 мм; высота скребка Нск = 100 мм;

необходимая расчетная производительность установки при 2-х разовой уборке навоза и шаге внедрения каретки в навоз на 2,4; 3,0; 3,6; 4,2 м.

4-4-4-

Рис. 5.10. Зависимости производительности установки Р от пути перемещения каретки за первый цикл Ьшаг при 3-х разовой уборке и влажности навоза

W = 86,3 % Н Ш высота скребка Нск = 55 мм; А А высота скребка Нск = 70 мм;

высота скребка Нск = 85 мм; высота скребка Нск = 100 мм;

необходимая расчетная производительность установки при 3-х разовой

уборке навоза и шаге внедрения каретки в навоз на 2,4; 3,0; 3,6; 4,2 м.

Рис. 5.11. Зависимости производительности установки Р от пути перемещения каретки за первый цикл Ьшаг при 4-х разовой уборке и влажности навоза

W = 86,3 % высота скребка Нск = 55 мм; —А-^ высота скребка Нск = 70 мм;

высота скребка Нск = 85 мм; высота скребка Нск = 100 мм;

необходимая расчетная производительность установки при 4-х разовой уборке навоза и шаге внедрения каретки в навоз на 2,4; 3,0; 3,6; 4,2 м.

Средняя производительность установки за один полный цикл уборки навоза из канала в зависимости от режимов работы достигать 3,9 т/ч.

На рисунке 5.12. (виды А и Б) 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 раза).

■ 80 (п-1)

е.,

кг 15«

100

90

67 59

50 -

45

.17.5

30

22.5

А \¥=84,3%

>■100

»■85 -—'I-

______: 1

1 —■—"Т 1 3.54 | N 1 1 1 1 1 1

1 ! г ^ ! 1

1.8

2,4 "

3.0

3.6

4.2

120(п-2)

>80 (п-1)

- 60 (п=4)

Рис. 5.12. Зависимости расчетной длины участка канала Ьвн, с которой каретка со скребками заданной высоты И и кратностью уборки в сутки п может убрать навоз

заданной влажности от транспортирующей способности каретки Ок

В расчетах принято, что на участке канала длиной 1,2 м (ширина стойла) одной коровы за сутки накапливается 60 кг. Горизонтальные прямые показывают транспортирующую способность кареток при уборке навоза влажностью 84,3% (рисунок 5.12 А) и 86,3% (рисунок 5.12 Б). Пересечение горизонтальных линий с наклонными означает максимально возможную длину участка канала, с которого каретка со скребками заданной высоты за один цикл может убирать навоз при

установленной кратности его уборки. Так, каретка со скребками высотой 55 мм может убирать за каждый цикл порцию навоза влажностью 84,3% с участка канала длиной 2,25 м при кратности уборки п = 3 раза в сутки и длиной 3 м - при п = 4. Аналогично каретка со скребками высотой 100 мм может убирать навоз влажностью 86,3% с участков длиной 2 м при п = 1 (аварийный режим - канал переполнен навозом), длиной 4 м при п = 2, длиной 4,8 м и более при п = 3 и п = 4. Эти данные необходимы для разработки программы автоматического управления микроконтроллером работой установки порционной уборки навоза на конкретной ферме.

В результате экспериментальных исследований получены следующие параметры технологического процесса уборки навоза из продольного канала в поперечный. Мощность привода 0,55 кВт. Усилие на перемещение каретки по каналу без навоза (холостой ход) составляет в среднем 510 Н. Скорость перемещения каретки изменялась от 0,12 до 0,23 м/с. Потребная мощность привода на выполнение этого процесса изменялась от 60 до 120 Вт. Усилие на внедрение каретки в навоз с опилками составляет 760 Н, при этом потребная мощность изменялась от 90 до 180 Вт. Усилие на перемещение каретки с загруженной порцией навоза к поперечному каналу в среднем составляет 620 Н, а мощность изменялась от 72 до 145 Вт.

В результате испытания опытного образца установки порционной уборки навоза установлено, что усилие на вращение одного выключенного мотор-редуктора другим включенным мотор-редуктором с кареткой без навоза составляет от 700 до 800 Н, при транспортировании навоза кареткой - 1400-1460 Н.

Мощность, потребная на собственное вращение мотор-редуктора без каретки, составляет 346 Вт, с кареткой - без второго мотор-редуктора - 356 Вт, с кареткой и вторым, выключенным мотор-редуктором - 378 Вт.

Мощность, потребная на преодоление сопротивлений на внедрение каретки в навоз - 400 Вт, а на перемещение каретки с навозом - 432 Вт. Следовательно, на перемещение порции навоза массой 70 кг требуется мощность 54 Вт.

Средняя скорость перемещения каретки равна 0,195 м/с. Средняя длина пути внедрения каретки в навоз 3,8 м, т.е. в среднем на одно скотоместо (В = 1,2 м) загружалось 20,7 кг навоза.

Масса одной порции навоза влажностью от 88,03 до 89,97 %, перемещаемой кареткой, изменялась от 58 до 71 кг (58,0 + 68,5 + 60,0 + 71,0 + 70,0, средняя масса порции 65,5 кг).

Исследования технологического процесса порционной уборки навоза опытным образцом установки подтвердили ее работоспособность (рисунок 5.13).

Рис. 5.13. Вид установки порционной уборки навоза в канале после внедрения в

навоз половины каретки

1. В результате экспериментальных исследований установлено, что установка работоспособна во всем исследованном диапазоне изменения влажности навоза, высоты и количества скребков в каретке, при этом ее транспортирующая способность варьируется от 36 до 117 кг навозной массы, т.е. в 3,25 раза.

2. Для подтверждения закономерности выхода экскрементов у высокопродуктивных коров, отличного от указанного в методических рекомендациях по проектированию систем удаления, обработки, обеззараживания, хранения и ути-

Выводы по главе

лизации навоза, были проведены экспериментальные исследования, в результате которых было установлено, что при увеличении среднесуточного удоя с 14,2 до 23,0 кг средний выход экскрементов возрастает с 71,5 кг до 87,1 кг в сутки.

3. Основными 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 64 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 63,8 до 117 кг (в 1,83 раза).

4. 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 с этими же скребками сможет убирать навоз за один цикл с участков длиной 3,2; 4,8 м и больше, т.е. почти в 1,5 раза более длинных участков.

5. Средняя производительность установки за один полный цикл уборки навоза из канала в зависимости от режимов работы может достигать 3,9 т/ч.

6. Теоретические исследования подтверждены результатами экспериментальных исследований.

Глава 6. Определение экономической эффективности уборки навоза установкой порционного действия

Экономическая эффективность определялась как разница затрат на содержание и обслуживание новой техники по сравнению с существующей.

При этом учитывались следующие затраты:

- на электроэнергию;

- амортизационные отчисления от балансовой стоимости;

- на текущий ремонт и техническое обслуживание;

- на заработную плату слесарей;

- на налоги, социальные, отраслевые и общехозяйственные нужды.

Амортизационные отчисления на восстановление серийной техники

(ТСН-160А) определялись, исходя из реального срока ее эффективного использования. По многочисленным литературным источникам [16, 37, 54, 61] этот срок составляет от 3,5 до 5 лет. Принимаем 5 лет, т.е. амортизационные отчисления будут составлять 20 % от балансовой стоимости [87]. По новой технике принимаем нормативный срок использования 7 лет, то есть отчисления будут составлять 14,3 %.

Затраты на текущий ремонт и техническое обслуживание серийной техники согласно [87] составляют 14,3 %, а для более простой новой техники: ТШ-300 принимаем 10 %, для предлагаемой УПУН - 8 % от балансовой стоимости.

Для обеспечения возможности учета затрат на налоговые отчисления и на начисление общеотраслевых и общехозяйственных накладных расходов принимаем, что заработная плата слесарей по обслуживанию этой техники будет составлять 50 % от общих затрат на текущий ремонт и техническое обслуживание. Процент общих накладных расходов принимаем равным 50 % от зарплаты слесарей.

Таблица 6.1. Стоимость металла

навозоуборочного транспортера типа ТСН-160А

Производитель Слободской машиностроительный завод

Модификация транспортера ТСН-160А

Стоимость, руб. 150000 [911

Масса, кг 1609

Стоимость металла в деле, руб./кг 93,2

Цена монтажа транспортера на 50 голов, руб. 100000 [91]

Стоимость 1 кг металла принимаем 94 руб.

Таблица 6.2. Расчет балансовой стоимости установок

Наименование показателей Модификации установок

УПУН-Ф-320-1 УПУН-Ф-320-2

Цена рамы каретки, руб. 1974 3102

Цена скребков каретки, руб. 940 1504

Цена двух мотор-редукторов МКО, руб. 65550 65550

Цена барабана с рамой, руб. 2068 2068

Цена канатов, руб. 10400 10400

Цена пульта управления одной установки, руб. 4248 4248

Цена установки, руб. 85180 86872

Цена монтажа установки, руб. 10000 10000

Балансовая стоимость одной установки, руб. 95180 96872

Затраты на монтаж устанавливаются предприятием-изготовителем с целью обеспечения правильности его сборки и нормальной работы в период эксплуатации. На стоимость монтажа влияет масса оборудования (с учетом электродвигателей и приводов), габаритные размеры, сложность конструкции и количество деталей, затраты труда рабочих-монтажников, необходимость использования специальных средств и приспособлений для монтажа. Так как установка порционного действия проще по своей конструкции, затраты на ее монтаж значительно ниже, чем на транспортер ТСН-160А.

Таблица 6.3. Расчет экономической эффективности при внедрении УПУН-Ф-320-1 и УПУН-Ф-320-2 на ферме на 50 голов КРС в сравнении с транспортерами ТСН-160А и ТШ-300 в течение года

№ п/п Наименование показателей ТСН-160А ТШ- 300 УПУН-Ф-320-1 УПУН-Ф-320-2

1 Балансовая стоимость изделия, руб. 250000 [56] 330000 [56] 95180 96872

2 Расход электроэнергии в год, кВт-ч 1333 803 950 543

3 Удельный расход электроэнергии, кВт-ч/т 0,76 0,46 0,54 0,31

4 Стоимость электроэнергии, руб. 6265 3776 4463 2550

5 Амортизационные отчисления, % 20,0 14,3 14,3 14,3

6 Амортизационные отчисления, руб. 50000 47190 13611 13853

7 Затраты на техобслуживание и текущий ремонт, % 14,3 10,0 8,0 8,0

8 Затраты на техобслуживание и текущий ремонт, руб. 35750 33000 7614 7750

9 В том числе затраты на заработную плату слесарей (50 %), руб. 17875 16500 3807 3875

10 Затраты на налоговые отчисления (30,2 %), руб. 5398 4983 1150 1170

11 Общеотраслевые и общехозяйственные нужды (50% от з/п слесарей), руб. 8938 8250 1904 1937

12 Сумма (4, 6, 8, 10, 11), руб. 106351 97199 28742 27261

13 Экономический эффект от применения установок при замене транспортера ТСН-160А, руб. 77609 79091

14 Экономический эффект от применения установок при замене транспортера ТШ-300, руб. 68457 69938

Основные выводы

1. Анализ существующих технологий и средств уборки навоза из коровников с привязным содержанием животных показал, что наибольшее распространение получили скребковые транспортеры, которые имеют значительные: путь (до 160 м) с круговым одновременным перемещением всей навозной массы в каналах и, как следствие, необходимость использования мощного привода, что увеличивает расход электроэнергии, затраты на техническое обслуживание и ремонт. Это ограничивает их применение на небольших фермах в крестьянских (фермерских) хозяйствах, что предопределяет необходимость совершенствования технологического процесса и обоснование параметров установки порционной уборки навоза в коровниках с однорядным содержанием животных.

2. Обоснован технологический процесс уборки навоза из продольных каналов коровников с привязным содержанием животных, обеспечивающий последовательное удаление порций навоза прямолинейно кареткой с поворачивающимися в горизонтальной плоскости скребками при ее возвратно-поступательном движении с получением аналитических зависимостей конструктивно-режимных параметров установки - количества и высоты скребков каретки, производительности, количества циклов работы и кратности уборки в сутки от размеров навозного канала, физико-механических свойств и массы навоза.

3. Предложена методика определения выхода экскрементов от коров, которая учитывает баланс поступивших - в качестве пищи и воды ингредиентов в организм животного и вышедших из него - в виде молока, выдыхаемых паров, испарений с поверхности тела и экскрементов в соответствии с кривой лактации. Расчетный суточный выход экскрементов коров со среднесуточной продуктивностью от 17,0 до 27,0 кг молока составляет 60...88 кг в сравнении с 55 кг по методическим рекомендациям по проектированию систем удаления, обработки, обеззараживания, хранения и утилизации навоза (РД-АПК 3.10.15.01-17). Эксперимен-

тально установлено, что при различном среднесуточном удое от 14,2 до 23,0 кг средний выход экскрементов составляет от 71,5 кг до 87,1 кг в сутки.

4. На основе предложенных аналитических зависимостей разработан, изготовлен и исследован опытный образец установки производительностью до 3,9 т/ч, обеспечивающий уборку навоза влажностью от 80 % до 90 %, без перемешивания, порциями от 36 до 117 кг при высоте скребков от 55 до 100 мм. Рациональные параметры установки: мощность привода - 0,55 кВт, высота скребков - 100 мм, шаг - 0,5 м, скорость движения каретки - 0,2 м/с.

5. Разработанная установка порционной уборки навоза в сравнении с транспортером ТСН-160А имеет меньшие - массу в 5 раз, мощность привода в 4 раза, удельный расход электроэнергии на 1,0 т навоза в 1,4 раза, стоимость в 2, 6 раза, эксплуатационные затраты в 2 раза. Экономический эффект при замене на ферме на 50 коров скребкового транспортера ТСН-160А на разработанную установку составляет 78 тыс. руб. в год.

Список литературы

1. Агасарян, А.Д. Исследование и разработка рациональной технологии чистки стойл, уборки - удаления навоза из животноводческих помещений с применением электромобильной навозоуборочной установки / А.Д. Агасарян // Автореф. дисс. ... к. т. н. - Ереван: 1975. - 23 с.

2. Арбузов, И.П. Исследование процесса перемещения кормов штанговыми транспортерами / И.П. Арбузов // Автореф. дисс. ... к. т. н. - М.: 1965. - 22 с.

3. Афонский, С.И. Биохимия животных / С.И. Афонский. - М.: Высшая шко-ла,1970. - 612 с.

4. Барышников, В.Ф. Исследование технологического процесса работы кареточно-скреперного транспортера для удаления навоза из коровника / В.Ф. Барышников // Автореф. дисс. ... к. т. н. - Челябинск: 1970. - 29 с.

5. Басыров, В.С. Совершенствование технологической линии уборки и транспортировки навоза в помещениях для содержания крупного рогатого скота на 50-100 голов / В.С. Басыров // Дисс. ... к. т. н. - Саранск: 2004. - С. 11.

6. Богдарин, М.Н. Экономическая оценка машин и механизированных комплексов, применяемых при уборке навоза / М.Н. Богдарин // В кн.: Организация и экономика использования машин в колхозах и совхозах Юго-востока. - Волгоград: Волгоградский СХИ, 1972. - Т.41. - С. 100-105.

7. Болтнев, А.М. Экономическая оценка способов уборки и транспортирования навоза / А.М. Болтнев, В.П. Капустин // Техника в сельском хозяйстве. - 1977. -№4. - С. 34-37.

8. Вейнла, В.Э. Исследование механических средств уборки навоза в животноводческих помещениях / В.Э. Вейнла // Автореф. дисс. ... к. т. н. - Л. - П., 1962. -21 с.

9. Вейнла, В.Э. Исследование механических средств уборки навоза в животноводческих помещениях / В.Э. Вейнла // Автореф. дисс. .к. т. н. - Ленинград - Пушкин: 1962. - 21 с.

10. Вейнла, В.Э. Расчет сопротивления движению штангового транспортера для уборки навоза / В.Э. Вейнла, О.Ф. Колде // В сб.: Проблемы повышения эффективности комплексной механизации и электрификации животноводства: научн. тр. Эстонская с.х. академия. - Тарту: ЭСХА, 1980, вып. 132, С. 32-38.

11. Вейнла, В.Э. Технологический расчет линии удаления навоза / В.Э. Вейнла, М.М. Ази // В сб.: Проблемы повышения эффективности комплексной механизации и электрификации животноводства: научн.тр. Эстонская с.х. академия. -Тарту: ЭСХА, 1980. - вып. 132. - С. 8-18.

12. Вилцан, А.Я. Оптимизация технологического оборудования молочных комплексов с боксовым содержанием / А.Я. Вилцан // Автореф. дисс. ... к. т. н. - Елгава: 1975. - 22 с.

13. ГОСТ Р 50779.41-96. Статистические методы. Контрольные карты для арифметического среднего с предупреждающими границами. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1996.

14. ГОСТ Р 53117-2008. Удобрения органические на основе отходов животноводства. - М.: Стандартинформ, 2009.

15. Гриднев, П.И. Новые технические средства для уборки навоза из животноводческих помещений / П.И. Гриднев, Т.Т. Гриднева // Механизация и электрификация сельского хоз-ва. - 2012. - № 4. - С. 9-11.

16. Гриднев, П.И. Обоснование параметров установки порционной уборки навоза/ П.И. Гриднев [и д.р.] // Техника в сельском хозяйстве. - 2004. - № 1. - С. 16-18.

17. Гриднев, П.И. Основные направления повышения эффективности функционирования систем уборки и подготовки навоза к использованию / П.И. Гриднев, Т.Т. Гриднева // Сборник научных трудов. - Подольск: ВНИИМЖ, 2010. - Том 21. -Часть 3. - С.157-162.

18. Гриднев, П.И. Повышение эффективности функционирования технических систем подготовки навоза к использованию / П.И. Гриднев [и д.р.] - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2000.

19. Гриднева, Т.Т. Влияние массы и продуктивности молочных коров на выход навоза и эффективность его утилизации / Т.Т. Гриднева, В.П. Степанов // Сборник научных трудов. - Подольск: ВНИИМЖ, 2009. - Том 20. - Часть 3. - С. 217 -222.

20. Денисов, В.А. Автоматизированные системы удаления навоза из животноводческих помещений /В.А. Денисов // Международный научно-технический семинар. Проблемы разработки автоматизированных технологий и систем автоматического управления сельскохозяйственного производства. - М.: 2002. - С. 210-213.

21. Долгов, В.С. Гигиена уборки и утилизации навоза / В.С. Долгов. - М.: Рос-сельхозиздат, 1984. - 175 с.

22. Желваков, П.К. Расчет производительности и тягового сопротивления навозо-уборочных транспортеров возвратно-поступательного движения с дельта-скребками (на молочных комплексах) / П.К. Желваков, А.Е. Комраков // Механизация производственных процессов в животноводстве: научн.тр. ЛСХИ. - Л. - П.: ЛСХИ, 1976. - т.290. - С. 84-87.

23. Зуев В.А. Оптимальные параметры и режимы работы навозоуборочных транспортеров / В.А. Зуев, А.А. Ковалев // Мех. и электр. соц. сел. хоз-ва., 1973. - №4. -С. 28-29.

24. Зуев, В.А. Исследование процесса загрузки навозоуборочных транспортеров и обоснование режимов их работы / В.А.Зуев, А.А. Ковалев // Научн.- техн. бюллетень по электрификации сельского хозяйства. - М.: ВИЭСХ, 1971. - Вып.3 (15). -С. 30-36.

25. Зуев, В.А. Научно-технические основы индустриальной технологии заготовки кормов и уборки навоза на фермах крупного рогатого скота / В.А. Зуев // Авто-реф. дисс. ... д. т. н. - М.: 1972. - 45 с.

26. Искандарян, М.И. Метод оценки оптимальных условий эксплуатации технологического оборудования на фермах / М.И. Искандарян // В сб.: Комплексная механизация работ в животноводстве: тр. ВСХИЗО. - М.: ВСХИЗО, 1972. - Вып. 48. - С. 3-8.

27. Калюга, В.В. Экономико-математическая модель технологической линии уборки и компостирования навоза / В.В. Калюга, В.А. Сизов, Е.Е. Хазанов // Тр. НИИМЭСХ СЗ, - Л.: НИИМЭСХ СЗ, 1969. - Вып. 5. - С. 191-197.

28. Кирсанов, В.В. Механизация и технология животноводства / В.В. Кирсанов [и д.р.] - М.: ИНФРА - 2016. - 585 с.

29. Китиков, В.О. Переоснащение молочно-товарных ферм республики Беларусь современными технологическими средствами для удаления и утилизации бесподстилочного навоза В.О. Китиков., Ю.А. Башко // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. - 2012. - № 4 (8). -С. 72-81.

30. Клыковский, Ф.П. Сравнительная оценка машин по удалению навоза / Ф.П. Клыковский // Вопросы экономики и организации сельскохозяйственного производства. - Минск: Белорусский НИИ экономики и организации с.х. производства, 1970. - Вып. 11. - С.128-130.

31. Ковалев, А.А. Исследование и разработка технологического процесса уборки навоза из помещений на фермах крупного рогатого скота / А.А. Ковалев // Дисс. ... к. т. н. - М.: 1973.

32. Ковалев, Н.Г. Совершенствование систем управления процессами уборки и подготовки навоза к использованию / Н.Г. Ковалев, П.И. Гриднев, Т.Т. Гринева // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института механизации животноводства. - 2013. - № 4 (12). - С. 81-86.

33. Ковалевский, В.К. Расчет скреперных установок для удаления навоза / В.К. Ковалевский // Техника в сельском хозяйстве. - 1990. - № 2. - С. 36-37.

34. Комраков, А.Е. Исследование работы штангового навозоуборочного транспортера / А.Е. Комраков // Научн. тр. НИИМЭСХ СЗ. - Л., НИИМЭСХ СЗ, 1971. -Вып. 8. - С. 144-148.

35. Комраков, А.Е. Сопротивление движению транспортеров возвратно-поступательного действия А.Е. Комраков // В кн.: Экономика, организация, тех-

нология, механизация и автоматизация производства продуктов животноводства: тр. НИИМЭСХ СЗ. - Л., НИИМЭСХ СЗ, 1974. - Вып. 16. - С. 93-99.

36. Кочиш, И.И. Методические рекомендации по проектированию систем удаления, обработки, обеззараживания, хранения и утилизации навоза и помета РД-АПК 3.10.15.01-17 / под. ред. И.И. Кочиш [и д.р.]. - М.: Росинформагротех, 2017 -153 с.

37. Лукашевич, Н.М. Механизация уборки, переработки и хранения навоза и помета: учебное пособие / Н.М. Лукашевич. - Мозырь: Издательский дом «Белый ветер», 2000. - 248 с.

38. Магомедов, Б.Р. Исследование процесса изнашивания и факторов повышения долговечности тяговых органов машин животноводческого комплекса / Б.Р. Магомедов // Автореф. дисс. ... к. т. н. - М.: 1971. - 21 с.

39. Мамедов, Н.Р. Исследование износостойкости и долговечности скребковых транспортеров, применяемых на животноводческих фермах / Н.Р. Мамедов // Автореф. дисс. ... к. т. н. - М.: 1968. - 25 с.

40. Маркарян, С.Е. Научные основы инженерного расчета и проектирования животноводческих машин и их комплексов / С.Е. Маркарян // Дисс. ... д. т. н. - Ереван: 1971. - 344 с.

41. Массо, В. Эффективность различных технологий удаления навоза / В. Массо // Молочное и мясное скотоводство. - 1977. - № 10. - С. 44-47.

42. Мельников, С.В. Механизация и автоматизация животноводческих ферм / С.В. Мельников. - Л.: Колос, 1978. - 560 с.

43. Механизация уборки и утилизации навоза / под ред. Ф.Ф. Костанди. - М.: Колос, 1982. - 266 с.

44. Митяшин, М.П. Результаты испытаний комплекта шнековых транспортеров для уборки навоза / М.П. Митяшин [и д.р.] // Совершенствование механизированных технологий уборки и переработки навоза: сб. науч. тр. / Подольск: ВНИИМЖ, 1992. - С.10-15.

45. Мишуров, Н.П. Механизация уборки и утилизации навоза / Н.П. Мишуров. -М.: Информагротех, 1992. - С. 6.

46. Морозов, Н.М. Рекомендации по системам удаления, транспортирования, хранения и подготовки к использованию навоза для различных производственных и природно-климатических условий / Н.М. Морозов [и д.р.] - М.: ФГНУ «Росин-формагротех», 2005. - 180 с.