Расчет ПТЛ уборки навоза и его переработки

Расчет ПТЛ уборки навоза и его переработки

1. Исходные данные для проектирования ПТЛ уборки и утилизации навоза

При выполнении курсового проекта в задании на проектирование указывают основные исходные данные: специализацию и поголовье животноводческого или птицеводческого предприятия, его месторасположение, количество помещений и их объемно-планировочные решения, технологию содержания животных и птицы, наличие водных и энергетических ресурсов, вид подстилки и обеспеченность ею.

Выбор способа и технических средств уборки, удаления и утилизации навоза в основном зависит от его физико-механических свойств, которые определяются способом содержания животных и птицы, видом и количеством применяемой подстилки.

Навоз представляет собой сложную многофазную систему, состоящую из твердых, жидких и газообразных веществ. Основное влияние на свойства навоза оказывает влажность. На фермах КРС при беспривязном содержании на глубокой подстилке и привязном содержании на обильной подстилке (2 — 6 кг/гол.) получают твердый (подстилочный) навоз влажностью до 81%.

При привязном содержании с ограниченной подстилкой (до 2 кг/гол.) и при беспривязно-боксовом содержании с механическими средствами уборки получают полужидкий навоз влажностью 81 — 87%. При беспривязно-боксовом содержании на щелевых полах и уборкой навоза гидравлическим способом получают жидкий (бесподстилочный) навоз влажностью 88% и более (табл.).

На свиноводческих фермах получают только жидкий навоз, так как смесь экскрементов свиней без добавления воды имеет влажность 88 — 90%.

Большинство показателей, характеризующих физико-механические свойства навоза, зависят от его влажности и объемной массы (табл. 1).

Таблица 1 — Влажность объемной массы навоза

При расчетах машин для уборки навоза необходимо знать коэффициенты трения скольжения, покоя и липкости, значения которых зависят от многих факторов, и прежде всего от влажности. Влажность навоза, при которой коэффициент трения скольжения принимает свое максимальное значение, называют критической. Так, при движении бесподстилочного навоза крупного рогатого скота по стали, бетону и доске из сосны критическая влажность соответственно составляет 64,4; 67,6 и 60,4%, а коэффициент трения — 0,9; 1,04; и 1,02; при движении навоза с соломенной подстилкой при тех же условиях — соответственно 71,4; 73,4 и 72,8%, а коэффициент трения — 0,67; 0,68 и 0,77. При механизированной уборке навоза необходимо обеспечить влажность навоза выше критического значения.

Значения коэффициентов трения покоя больше коэффициентов трения скольжения экскрементов на 30 — 40%, соломистого навоза на 15 — 30 и торфяного — на 5 — 15%.

Жидкий навоз влажностью 86 — 92% способен перемещаться самотеком по каналам на определенные расстояния за счет своих вязкопластичных свойств. На этой основе созданы самотечно-сплавные системы удаления навоза из животноводческих помещений.

Содержание питательных веществ в навозе зависит от качества корма, количества применяемой подстилки и других условий содержания скота и птицы. Лучшей подстилкой является солома озимых культур и торф.

Нормы внесения подстилки приведены в таблице.

Таблица 2 — Нормы расхода подстилки для разных видов животных

При бесподстилочном содержании животных и использования гидравлических систем удаления навоза из помещений в навоз всегда добавляется вода.

Таблица 3 — Норма расхода воды при различных способах уборки навоза

Суточный выход экскрементов составляет примерно 6 — 10% от массы животного, при этом на долю кала приходится 40 — 45% от общего выхода экскрементов. При использовании многокомпонентных полнорациональных кормовых смесей выход навоза увеличивается на 30%.

Суточный выход экскрементов показан в таблице 4.

В состав навоза входят экскременты, подстилочный материал и добавляемая вода. Поэтому свойства навоза, поступающего от животноводческих помещений, значительно отличаются от свойств экскрементов.

Таблица 4 — Суточный выход экскрементов

2. Технология и технические средства для уборки, удаления и утилизации навоза

При скоплении навоза и жижи в животноводческом помещении выделяется большое количество аммиака и создаются благоприятные условия для размножения и сохранения вредных микроорганизмов. Это неудовлетворительно сказывается на состоянии и продуктивности скота, что указывает на необходимость своевременного удаления навоза из помещений и дальнейшей его переработки для использования на полях в качестве удобрения с соблюдением требований охраны окружающей среды от загрязнений.

В зависимости от конкретных условий применяют следующие технологии удаления и обработки навоза:

1) сбор, удаление, хранение, выдержка в буртах и внесение в почву твердого подстилочного навоза;

2) сбор, удаление жидкого бесподстилочного навоза с приготовлением, хранением и внесением в почву твердого компоста, полученного с использованием торфа, резанной соломы, опилок, других компостируемых материалов и минеральных удобрений;

3) Сбор и удаление жидкого бесподстилосного навоза с соответствующей обработкой, хранением и внесением его в почву в жидком виде;

4) сбор и удаление бесподстилочного навоза с разделением его на твердую и жидкую фракции с соответствующей обработкой, последующим хранением и внесением каждой фракции в почву раздельно (раздельный способ утилизации).

В общем случае технологический процесс уборки навоза из животноводческих помещений, транспортировки его к местам обработки и хранения с последующим внесением в почву можно представить следующими операциями: доставка и распределение подстилки; уборка помещений, включающая очистку стойл, станка, клеток и др.; транспортировка в промежуточные емкости-накопители; погрузка в транспортные средства; транспортировка к местам разгрузки и временного хранения (в навозохранилище, на площадку компостирования); обработка навоза с целью приготовления высокоэффективного органического удобрения; погрузка и транспортировка навоза в поле и внесение его в почву.

В соответствии с технологией и квалификацией навозоуборочных средств выбираются технические средства для очистки мест скопления навоза (помета) в помещении, удаления, транспортировки и обработки его с целью последующей утилизации.

На животноводческих фермах и комплексах нашли применение механический и гидравлический способы удаления навоза.

Механический способ включает в следующие технические средства для удаления навоза: наземные и подвесные рельсовые дороги (вагонетки) и безрельсовые ручные тележки; транспортеры скребковые навозоуборочные ТСН) непрерывного кругового и возвратно-поступательного движения; мобильные навозоуборочные средства, состоящие из навесных устройств на тракторах и самоходных шасси; шнековые и винтовые конвейеры.

Наземные и подвесные рельсовые вагонетки, безрельсовые ручные тележки используют для удаления навоза в старых нетиповых животноводческих помещениях.

Транспортеры скребковые навозоуборочные непрерывного кругового движения ТСН-2, 0Б; ТСН-3, 0Б; ТСН-160А и ТСНВ-1; ТСНВ-3 (Волковысский завод литейного оборудования, Республика Беларусь) обеспечивают качественную ежедневную уборку твердого навоза или помета из помещений и погрузку их в транспортные средства.

Скреперные установки типа «Дельта-скребок», «Короб», «Стрела», «Лопатка», «Каретка» используют для удаления полужидкого навоза. Выпускаются канатно-скреперные установки для ферм КРС — УС-15, УС-Ф-170, УС-Ф-250, УС-10, ТС-1ПР, ТС-1ПП; для свиноводческих ферм — УС-12, УСН-12, ТС-1ПР, ТС-1ПП.

Мобильные навозоуборочные средства используют для удаления твердого навоза из помещений с беспривязным содержанием на глубокой или частосменяемой подстилке, с выгульно-кормовых дворов и площадок. К ним относятся агрегаты мобильные навозоуборочные АМН-Ф-20, бульдозерные навески БН-1, БСН — 1,5, бульдозерные щетки, погрузчики — бульдозеры ПФП — 1,2, ПБ-35, самопогрузчики СУ-Ф — 0,4, погрузчики-экскаваторы ПЭ-0, 8А, ПЭА-Ф1 и бульдозеры общего назначения.

Шнековые и винтовые конвейеры КВ-Ф-40, КШ-40 обеспечивают удаление навоза из помещений ферм КРС при привязном содержании. В комплект конвейера входят шнеки продольные длиной 70 м, шнек поперечный — 20 м, установка для транспортирования навоза в навозохранилище.

Для уборки навоза на фермах крупного рогатого скота при беспривязно-боксовом и комбибоксовом содержании из двух открытых продольных каналов шириной 1,8 — 3 м и глубиной 0,2 м применяют скреперные установки УС-15, УС-Ф-170, УС-Ф-250. Установки УС-Ф-170 и УС-Ф-250 имеют по четыре рабочих органа.

Для уборки навоза на свиноводческих фермах из продольных каналов применяют скреперные установки типа «Стрела» УС-12 и ТС-2ПР со скребками типа «Каретка», из поперечных каналов — УСП-12 и ТС-1ПП.

Скреперная установка не травмирует животных, так как скорость рабочих органов мала (2,4 м/мин), но в то же время не дает животным лежать в проходе. Установка может убирать жидкий и полужидкий навоз с останками кормов и подстилкой, обеспечивая чистоту навозных проходов.

Установка скреперная УС — !" предназначена для уборки бесподстилочного навоза из-под щелевых полов в продольных каналах шириной 800 мм, глубиной 800 мм или шириной 900 мм при глубине 400 мм в свиноводческих помещениях. Длина контура 200 м, скорость движения скреперов 0,25 м/, мощность привода 3кВт.

Установка скреперная (поперечная) УСП-12 предназначена для транспортировки навоза в поперечных навозных каналах глубиной 1 м и шириной 0,82 м на свиноводческих фермах. Длина контура 480 м, скорость движении скреперов 0,2 — 0,3 м/, мощность привода 5,5 кВт.

Скреперные установки, работающие в продольных каналах, удаляют навоз в течение 18 — 20 ч. В сутки, а установки УС-10 и ТС-1ПП включаются в работу шесть раз по 20 — 60 мин. За каждую уборку.

Агрегат мобильный навозоуборочный АМН-Ф-20 и самопогрузчик универсальный СУ-Ф — 0,4, бульдозерная навеска БН-1В предназначены для удаления навоза из помещений с беспривязным содержанием на глубокой или часто сменяемой подстилке, с выгульно-кормовых дворов и площадок, имеющих твердое покрытие.

Гидравлический способ обеспечивает удаление жидкого навоза на свиноводческих фермах, фермах крупного рогатого скота при беспривязно-боксовом содержании на щелевых полах. Различают четыре основные системы гидравлического удаления навоза: смывная, лотково-отстойная (шиберная), самотечная и рециркуляционная.

Гидравлическая система состоит из продольных навозоприемных каналов 1, поперечного (магистрального) канала 2, отстойника 3, навозосборника с насосной станцией 4 и наружной канализационной сети 5. Навозоприемные продольные каналы служат для приема навозной массы из стойл, станков и проходов. Размещают их в зоне наибольшей дефекации животных и перекрывают сверху щелевым полом (решетками). Магистральный канал служит для самотечной транспортировки навоза от приемных каналов к навозосборнику. Гидравлический уклон каналов должен быть не менее 0,01 в сторону транспортирования навоза.

1-продольный навозоприемный канал; 2 — поперечный канал; 3 — отстойник; 4 — навозосборник с насосной станцией; 5 — навозопровод; 6 — навозохранилище Рисунок 1 — Схема гидравлического способа удаления навоза

При смывной системе жидкий навоз удаляется из заглубленных каналов струей воды двумя способами: прямым смывом с использованием смывных насадок или брандспойтов и при помощи смывных бачков.

Отличительная особенность отстойно-лотковой системы — наличие в навозоприемном канале одного или нескольких шиберов, обусловливающих накопление (7 — 14 дней) и периодическое удаление навозной массы за пределы животноводческого помещения.

Самотечная система работает при непрерывном удалении навоза из помещения по мере его поступления в навозоприемный канал. Каналы выполняют такими же, как и в отстойно-лотковой системе с шибером, но в конце канала дополнительно устраивают порожек высотой 120 — 150 мм, который поддерживает постоянный слой жидкости на дне.

Перед пуском системы в навозоприемные каналы наливают воду до уровня порожка и перекрывают канал шибером. Экскременты животных, проваливаясь сквозь решетки, накапливаются в канале. После заполнения канала (не менее через 14 дней) открывают шибер и выпускают навоз. Оставшийся слой образует наклонную поверхность, уклон которой в сторону движения массы оставляет 0,01 — 0,02 (1 — 2 см на 1 м длины канала).

По мере поступления экскрементов в канал масса переливается через порожек. Система работает непрерывно в течение всего цикла выращивания или откорма скота.

Рециркуляционная система предусматривает ежедневный смыв поступающих в канал экскрементов жидкой фракцией навоза, подаваемой насосом из навозосборника ко всем продольным навозоприемным каналам. Навозная жижа должна быть осветленной, дезодорированной и обеззараженной.

Для транспортирования твердого навоза применяют транспортные самосвальные прицепы грузоподъемностью от 4 до 12 т (1ПТС-4М, 2ПТС-4М-785А и др.), бульдозеры, скреперные установки УС-10, ТС-1ПП, УСП-12, заглубленные скребковые транспортеры ТСН.

Жидкий и полужидкий навоз транспортируют конвейером навозоуборочным поперечным КНП-10, установками УТН-10А, УТН-Ф-20, ОДК-35; шнековыми, поршневыми и центробежными насосами; вакуумированными цистернами-разбрасывателями РЖТ-4, РЖТ-8, РЖТ-16, МЖТ-8, МЖТ-11, МЖТ-16; полуприцепами ПСТ-6 и ПЖ — 2,5.

Установка для транспортирования навоза УТН-10 предназначена для перекачивания навоза по трубопроводу от животноводческих помещений в навозохранилище. Установка работает в автоматическом режиме. Подача насоса составляет 10 т/ч, расстояние транспортировки до 150 м, диаметр цилиндра 395 мм, ход поршня 630 мм. Продолжительность одного цикла 26 с. За один ход поршня в навозохранилище подается 55 — 75 кг навоза.

Кузовной самосвальный полуприцеп ПСТ-6 предназначен для транспортировки и саморазгрузки навоза любой влажности, а так же торфа и торфокомпостных смесей. Состоит из самосвального кузова грузоподъемностью 7 т, установленного на одноосном шасси. Подъем кузова на 87є осуществляется двумя гидроцилиндрами. Агрегатируется с трактором типа «Беларусь». Изготовитель в Республике Беларусь — «Бобруйскагромаш».

Полуприцеп для жидких грузов ПЖ — 2,5 предназначен для самозагрузки и транспортирования жидкого навоза. Представляет собой цистерну емкостью 2550 л, насос для самозагрузки, напорный трубопровод и сливной рукав. Глубина забора при самозагрузке 2,5 м, Изготовитель — «Бобруйскагромаш» (РБ).

Для перекачивания жидкого и полужидкого навоза из навозосборников и навозохранилищ в транспортные средства или транспортирования по трубопроводу применяют центробежные насосы 4ФВ-5М, 3Ф-12, 5Ф-6, 5Ф-6, 5Ф-12, ЦМФ-160−10, НЦИ-Ф-100; шнековые насосы НШ-50-I (стационарный) и НШ-50-II (мобильный); насосы для жидкого навоза НЖН-200 и НЖНВ-100, НЖНВ-200М, НЖНВ-300 (изготовитель — Волковысский завод литейного оборудования, Республика Беларусь).

Насос шнековый НШ-50 предназначен для перекачивания жидкого и полужидкого навоза влажностью 75 -98% из емкостей в транспортные средства или транспортирования навоза по трубам диаметром не менее 150 мм.

Насосы для жидкого навоза серии НЖН предназначены для перекачивания жидкого или полужидкого навоза из навозохранилищь и навозосборников в транспортные средства или для транспортирования по трубопроводам от помещений в навозохранилище. Техническая характеристика насосов приведена в приложении 15.

Технология и выбор средств переработки и обеззараживания навоза зависит от вида и свойств навоза.

Обработка твердого навоза. Самым древним и распространенным способом использование твердого, или подстилочного, навоза является применение его без какой-либо дополнительной обработки в качестве удобрения. Для обеззараживания подстилочного навоза рекомендуется биотермический способ, который происходит в процессе хранения его в штабелях массой 100 — 200 т, укрытых с боков и сверху слоем земли.

Обработка жидкого навоза. Одним из способов использования жидкого навоза является компостирование его с торфом, соломой и минеральными удобрениями в специальных цехах или на открытых площадках и в навозохранилищах.

На 1 т навоза при компостировании добавляют 600 — 700 кг торфа и 4 — 20 кг минеральных удобрений.

Готовые компосты 100 — 200 т укладывают в штабеля, покрывают слоем земли в 15 — 20 см и обеззараживают за счет самосогревания компоста биотермическим способом.

Переработка жидкого навоза. На практике для использования жидкого навоза применяют два основных способа переработки: компостирование и разделение на твердую и жидкую фракции с последующим использованием их в отдельности.

При разделении жидкого навоза на фракции применяются: естественное его разделение под действием гравитационных сил и механическое разделение.

Естественное разделение навоза осуществляется в вертикальных и горизонтальных отстойниках.

Механическое разделение навоза на жидкую и твердую фракции осуществляется на специальных фильтрах и осадительных машинах.

К фильтрующим машинам и аппаратам относятся: вибросита, виброгрохоты, и пресс-фильтры. Полученная при разделении твердая фракция навоза влажностью 65 — 70% используется на удобрение. К фильтрующим машинам относятся: сито дуговое СД-Ф-50, отделитель механических включений ОМВ-200, виброгрохоты горизонтальные инерционные ГИЛ-32 и ГИЛ-52, грохот барабанный ГБН-100,

горизонтальный отстойник ООС-25.

Оборудование для обезвоживания твердой фракции навоза. Для дополнительного обезвоживания твердой фракции после фильтрующих машин применяют бункер-дозатор КПС-108.60.03 и шнековые фильтр-прессы ПНЖ-68, а для обезвоживания осадков первичных отстойников и избыточного активного ила — осадительную центрифугу ОГШ-502К4

Обеззараживание бесподстилочного навоза. Для обеззараживания бесподстилочного (жидкого) навоза применяют химический, биотермический, термический, биологический (анаэробный и аэробный) способы.

Химический способ обеззараживания жидкого навоза до разделения его на фракции осуществляется жидким аммиаком (30 кг на 1 мі массы) и выдержкой 5 суток; формальдегидом (на 1 мі навоза 7,5 л формалина с содержанием 38% формальдегида, 72 ч); Хлорной известью (1 кг извести на каждые 20 л жижи при сибирской язве и других споровых инфекциях и 0,5 кг извести на каждые 20 л жижи при неспорообразующих и вирусных инфекциях).

Термический способ осуществляется за счет нагрева навоза до температуры 95єС. На крупных свиноводческих комплексах жидкий навоз обеззараживают на пароструйных установках при температуре 110 — 120єС, давлении 0,2МПа и выдержке 10 мин.

Биологический способ. Наиболее совершенными являются два варианта этого способа — анаэробный (без доступа воздуха) и аэробный (с доступом кислорода).

Перспективным направлением анаэробного способа обеззараживания жидкого навоза является метановое сбраживание навоза в метантанках. При этом из каждой тонны навоза выделяется 50мє биогаза (60 — 65% метана и 35 — 40% углекислого газа).

Сбраживание происходит без доступа воздуха и света при температуре 50 — 55єС в метантанках с подогревом навозной массы водой или паром.

3. Расчет ПТЛ уборки навоза

В данном разделе необходимо определить в зависимости от способа уборки навоза на проектируемой ферме производительность линии, количество навозоуборочных средств и необходимую емкость навозохранилища.

Суточный выход навоза от одного животного определяется по формуле:

q_сут = q_т + q_ж + q_n,

где: q_т — суточный выход твердой фракции, кг;

q_ж — суточный выход жидкой фракции, кг;

q_n — суточная нома подстилки, кг.

При гидравлическом способе уборки навоза необходимо учесть количество добавляемой воды q_в

Суточный выход навоза на ферме:

Q_сут = q_сут · m,

где: m — количество животных на ферме, голов.

Годовой выход Q_год навоза определяют:

Qгод = Qсут · m · D · 10^-3, т

Q_год = (q_т + q_ж + q_n + q_в) · m · D · 10^-3, т

где: m — количество животных на ферме, голов;

D — число дней накопления навоза.

Производительность линии уборки навоза определяется:

= , т / ч где: Т — время работы линии, ч;

Т_ц — продолжительность одного цикла уборки, ч;

k — кратность уборки навоза в сутки k = 2…6, но обязательно перед каждой дойкой.

Количество навозоуборочных средств высчитывают:

где: W — производительность выбранной машины, т/ч.

Принимается по характеристике (приложение 15).

При уборке навоза скребковыми транспортерами определяют количество навоза, которое необходимо убрать за сутки из помещения одним транспортером:

G_тр = q_сут · mґ, (7)

где: mґ — количество животных, обслуживаемых одним транспортером.

Необходимая производительность транспортера:

где: Т_ц — продолжительность одного цикла уборки навоза. Рекомендуется Т_ц = 0,3…0,5 ч.

K — кратность уборки навоза в сутки.

Теоретическая подача транспортера:

Q_тр = 3,6 · b · h · г · · ц,

где: b — ширина канала, м;

h — высота скребка, м;

г — объемная масса навоза, кг/мі;

— скорость движения транспортера, м/с.

Рекомендуется принимать = 0,15…2 м/с.

ц — коэффициент заполнения канала (ц = 0,45…0,65).

Расчет скребковых транспортеров непрерывного кругового движения сводится к определению подачи и тягового сопротивления, необходимого для подбора мощности электродвигателя.

Фактическая подача транспортера определяется по формуле:

где: G_сут — суточный выход навоза, кг;

Т — общее время работы транспортера, ч;

Общее время работы транспортера зависит от числа включений (к_уб) и времени (Т_ц) цикла уборки:

Т = к_уб · Т_ц,

где: к_уб — число включений в сутки 2−6 раз;

Т — время одного цикла уборки, Т_ц = 0,3…0,5 ч.

Общее сопротивление Р, возникающее при перемещении навоза в канале:

Р = Р₁ + Р₂ + Р₃ + Р₄,

где: Р₁ — сопротивление от трения навоза о дно канала, Н

Р₁ = G_max · g · f,

где: G_max — масса навоза в каналах транспортера, кг;

g — ускорение свободного падения, м/сІ;

f — коэффициент трения.

Максимальное количество навоза:

G_max = L · b · h · г · ц,

где: L — длина канала, м

ц — коэффициент заполнения канала (ц = 0,45…0,65).

Боковое сопротивление от трения навоза о боковые стенки канала:

Р₂ = N_бок · f,

где: N_бок — нормальное давление на боковую стенку канавки, равно (0,3…0,4) · G_max · g.

Сопротивление перемещению транспортера на холостом ходу:

Р₃ = q_т · L · f_пр · q

где: q_т — масса 1 п.м. транспортера, кг;

f_пр — приведенный коэффициент трения (f_пр = 0,4…0,5).

Сопротивление движению от заклинивания навоза между скребком и стенкой канала:

W

где: б — шаг скребка, м

W — сопротивление одного скребка, Н. Для твердого навоза

W = 15Н, для экскрементов и торфяного навоза W = 30Н Решая последовательно, то получаем:

Р = (1,3…1,4)· G_maxfg +? Lq +

Мощность электродвигателя N_дв (кВт) на привод

,

где: К — коэффициент, учитывающий сопротивление от натяжения на приводной звездочке К = 1,1;

— скорость движения транспортера, м/с

з — КПД привода, з = 0,75…0,85.

Расчет скреперных установок сводится к определению подачи, общего тягового сопротивления и к обоснованному выбору типа и мощности электродвигателя.

Подача скреперной установки:

Q_c =

где: G_н — масса порции навоза, кг;

V_c — расчетная емкость скрепера, мі;

г — объемная масса навоза, кг/ мі;

ц — коэффициент заполнения скрепера (ц = 0,9…1,2);

Т_ц — время одного цикла, с.

Время одного цикла Т_ц определяется:

+ Т_упр

где: — длина навозного канала, м;

Т_упр — время на управление и изменение направления хода, с

— средняя скорость движения скрепера, м/с (? = 0,04…0,25 м/с)

Общее сопротивление движению дельта-скреперной установки, работающей в двух каналах,

Р_с = Р₁ + Р₂ + Р₃ + Р₄

Где Р₁ — сопротивление движению рабочей ветви, Н:

Р₁ = [(G_c + G_н) · ѓ_пр + q · L_р· ѓ_н] · g

G_c, G_н — масса соответственно скрепера порции навоза, кг;

ѓ_пр — приведенный коэффициент трения (ѓ_пр = 1,8…2);

q — масса 1 п.м. каната (q = 0,4…0,5), кг;

L_р — длина цепи (каната) рабочей ветви, м;

ѓ_н — коэффициент трения каната о навоз (ѓ_н = 0,5…0,6);

g — ускорение свободного падения, 9,81 м/сІ.

Сопротивление перемещению холостой ветви, Н:

Р₂ = (G_c · ѓ_пр + q · L_x· ѓ_н) · g,

где: L_x — длина цепи каната холостой ветви, м.

Сопротивление на преодоление инерции при реверсировании, Н, рассчитывается по формуле:

,

где L — длина цепи установки, м;

— средняя скорость.

Сопротивление от натяжения набегающей ветви каната, Н:

где: м — коэффициент трения каната о ролик, м = 0,1…0,2;

б — угол обхвата, б > 120…150є.

Суммируя Р₁ — Р₄, определяем общее сопротивление движению скреперной установки Р_с.

Требуемая мощность двигателя (Вт) определяется по зависимости:

где: — средняя скорость движения, м/с;

з — КПД привода.

Производительность мобильных средств уборки навоза определяется машинным временем, затрачиваемым на удаление 1000 кг навоза:

где: — средняя длина пути перемещения навоза, м;

q_б — количество навоза, убираемого за 1 рабочий ход бульдозера, кг;

— средняя рабочая скорость трактора с бульдозером, м/с

Р = М · ѓ_ст· g · К,

где: М — масса тела волочения, кг. Она зависит от длины пути волочения, ширины захвата агрегата и толщины слоя навоза;

ѓ_ст — коэффициент трения;

g — ускорение свободного падения, м/сІ;

К — коэффициент, учитывающий угол постановки скребка. При б = 0є; К = 1; при б = 45є, К = 0,65…0,80.

Расчет гидравлических систем

Удаления навоза сводится к определению основных параметров навозоприемных самотечных каналов: объем канала V_к, длины L_к, ширины В_к, начальной Н_нк и конечной Н_кк глубины канала, уклона дна i_д, часового q_ч и секундного q_c расхода

Объем навозоприемного канала

,

где: m_к — количество животных, от которых собирается навоз в данный канал, гол.;

q_сут — суточная норма выхода навоза от одного животного, кг/гол.;

D — количество дней накопления навоза в канале;

k₃ — коэффициент заполнения канала k₃ = 0,6…0,85;

г — объемная масса навоза, кг/мі

Часовой расход (подача) канала

,

где: — количество животных, обслуживаемых каналом, гол.;

q_н — суточный выход навоза от животного, кг/гол.;

q_в — суточное количество добавляемой воды, кг/гол.;

г — объемная масса навоза, кг/мі

Секундный расход канала

,

Длина самотечных каналов обусловлена размерами типовых животноводческих помещений, рассчитанных на размещение в них определенного поголовья при выбранной ранее технологии содержания.

Так при групповом содержании свиней в станках длина L_iгр канала для i-й половозрастной группы составит:

L_iгр = m_i · ѓ_iк + ?,

где: ѓ_{i к} — фронт кормления, приходящийся на одно животное, м;

? — часть канала в его начале, выходящая за территорию станков или стойл и перекрываемая сплошной плитой (? = 0,5…1 м) Для помещений, где животное содержится в индивидуальных станках или боксах, длина канала:

L_{i. ин} = z_c · B_c + ?,

где: z_c — число станков или боксов в одном ряду, обслуживаемом i-м каналом;

В_с — ширина станка или бокса, м;

? — сплошной участок пола, м.

Для уменьшения длины каналов поперечный коллектор размещают не в торцовой части помещения, а в его середине по короткой оси. Бесперебойная работа горизонтальных самотечных каналов обеспечивается при длине их до 50 м. Рекомендуемый небольшой уклон (i_к = 0,005…0,006) предусматривают только для форсирования потока смывной воды при периодической чистке каналов (один раз в 3−4 мес.)

Ширина самотечных каналов в свинарниках связана с размерами (длиной) животных, так как зону дефекации располагают над каналами параллельно ряду кормушек С учетом зоотехнических и санитарно-ветеринарных требований ширина каналов определяется формулами:

При групповом станочном содержании

В_к > l_ж — (А + D_к),

При содержании свиней в индивидуальных станках

В_к > (l_ст - l_ж) + l_рп,

где: l_ж и l_ст — длина животного и станка соответственно, м, а — при содержанию свиней в групповых станках;

б — при содержании свиней в индивидуальных станках.

Рисунок 2 — Расчётная схема к определению ширины навозоприёмных каналов в свинарниках, А — ширина сплошной бетонной полосы между кормушкой и каналом предотвращающая попадания корма в канал, м;

D_к — 2/3 ширины кормушки b₀, занимаемой головой животного при кормлении, м;

L_рп — доля ширины решетчатого пола, на котором находится животное при кормлении (L_рп = 0,3…0,4 м).

В целях унификации размеров строительных изделий решетки, укладываемые поперек каналов, имеют длину примерно 1 м. В связи с этим ширину каналов принимают равной 0,9 м.

Самым важным конструктивным параметром самотечной системы является глубина Н_к каналов, так как от правильного выбора этой величины зависит режим течения навозной массы в канале, а следовательно, надежность работы всей системы.

Руководствуясь расчетной системой навозоприемного (продольного) канала, определяют минимальную глубину в головной его части, при которой может нормально протекать самосплав навозной массы под действием силы тяжести.

Начальная глубина Н_нк самотечного канала рассчитывается

Н_нк = ?h + h₀ h_сл + h_зап,

а конечная глубина:

Н_кк = h_пор + h_сл + h_зап + h₀

где: h_пор — высота порожка, м;

?h — превышение высоты порожка над дном канала в начальной его части, т. е. ?h = h_пор - z = i_д· L_к — разность отметок начала и конца канала

(?h = 0,5…0,1 м);

h₀ — минимальная (начальная) глубина потока, при которой возможно движение вязкопластической массы по каналу, м;

h_сл — толщина слоя жидкости над порожком (слив) (h_сл = 0,05…0,1 м);

h_зап — высота «запаса», т. е. минимально допустимое расстояние от наивысшего уровня массы в начале канала до решетчатого пола (h_зап = 0,3…0,35 м);

i_д — уклон дна канала (для самотечных каналов (i_д = 0,005…0,01).

Начальная (минимальная) глубина потока h₀, при которой возможно течение вязкопластической массы по плоскости сдвига, определяется реологическими свойствами это массы (ползучесть, текучесть). Приближенно h₀ может быть определена как h₀ = i_пов· L_к, если имеются достоверные данные о величине гидравлического уклона i_пов, т. е. уклона поверхности навозной массы. По нашим наблюдениям i_пов колеблется в широких пределах; для свиного жидкого навоза усредненное значение i_пов = 0,001…0,015. Для учебных расчетов можно принять i_пов = 0,015, тогда угол естественного откоса массы составит менее 0,5є.

1 — Шиберная заслонка; 2 — порожек.

Рисунок 3 — Расчётная схема к определению длины и глубины самотечного канала Однако более точно минимальную (начальную) глубину канала Н_нк, при которой возможно движение по нему вязкопластичных жидкостей, можно определить по формуле В. В. Калюги:

где: — предельное напряжение сдвига, Па;

L_к — длина канала, м;

g = 9,81 м/сІ;

г — объемная масса навоза, кг/мі.

Минимальная глубина канала должна приниматься не менее 0,6 м даже при небольшой длине.

Начальная и конечная глубина поперечного канала могут быть определены по формулам:

Н_кан.п = Н_нк + (0,35…0,4)

Н_кан.п = Н_нк + L_кан· i_д

где: L_кан — длина канала, м;

i_д — уклон дна канала (i_д = 0,01)

Выбор и расчет средств для удаления навоза

Удаление навоза скребковыми транспортерами кругового движения

Фактическая подача транспортера, кг/с, Где Т — общее время работы установки, с, (здесь Т зависит от числа включений К_уб установки в сутки и времени Т_ц цикла уборки, с, т. е. Т = Т_ц К_уб).

Тогда:

()

Обычно К_уб = 3…6 раз, а Т_ц = 20…60 мин.

Теоретическая подача транспортера, кг/с определяется по формуле

Q_т = b · h · х· · ц,

где: b — ширина канавки, м;

h — высота скребка, м;

х — скорость движения транспортера, м/с;

— плотность навоза, кг/мі;

ц — степень заполнения канавки (ц = 0,5…0,6)

Продолжительность работы транспортера в течении суток, с:

Т

где: m₀ — число обслуживаемых животных одним транспортером.

Общее сопротивление, Н, возникающее при перемещении навоза в канавке можно определить:

Р = Р₁ + Р₂ + Р₃ + Р₄,

Сопротивление от трения навоза о дно канавки Р₁, Н находится из выражения:

Р₁ = G· ѓ· g,

где: G — масса навоза в канавках транспортера, кг;

ѓ — коэффициент трения покоя навоза о поверхность канавки (по металлической поверхности ѓ = 0,85, по бетонной ѓ = 0,99, по деревянной ѓ = 0,97);

g — ускорение свободного падения.

Тогда:

G = L· b· h· p · ц,

где: L — длина цепи транспортера, м.

Боковое сопротивление от трения навоза о боковые стенки канавки, Н,

Р₂ = Nб· ѓ,

где: N_б — нормальное давление на боковую стенку канавки, Н

N_б = (0,3…0,4) · Gg

Сопротивление перемещению транспортера на холостом ходу, Н:

Р₃ = qт · L · ѓпр · g,

где: q_т — масса 1 м длины транспортера, кг;

ѓ_пр — приведенный коэффициент трения (ѓ_пр = 0,4…0,5).

Сопротивление движению от заклинивания навоза между скребками и канавкой, Н:

,

где: б — шаг скребков, м;

Р_с — сопротивление одного скребка, Н;

(для соломистого навоза Р_с = 15 Н, для экскрементов и торфяного навоза Р_с = 30 Н).

Мощность электродвигателя на привод транспортера, кВт:

где: з — КПД привода.

После расчета мощности транспортера подбирают двигатель по каталогу.

Канатно-скреперные установки

Канатно-скреперные установки применяют для уборки навоза в животноводческих помещениях из-под решетчатых полов при содержании животных без подстилки, из открытых навозных проходов и для подачи его в навозосборники или транспортные средства.

Продолжительность цикла удаления навоза, с:

где: L_к — длина одной канавки, м;

— средняя скорость скрепера (= 0,04…0,14 м/с).

Производительность установки, кг/с:

где: V_с — расчетная емкость скрепера, мі (V_с = 0,13…0,25 мі);

ц — коэффициент заполнения скрепера (ц = 0,9…1,0);

Т_ц — время одного цикла, с;

— плотность навоза, кг/мі.

Здесь

+ Т_уп

где: L_к — длина навозной канавки, м;

Т_уп — время на управление и изменение направления хода, с (Т_уп = 2…5 с).

Количество рабочих циклов скрепера определяется по формуле:

Z ,

где: m_p — число животных в ряду;

Q_сут — суточный выход навоза от одного животного, кг.

Минимальная глубина самотечных каналов даже при большой длине должна приниматься не менее 0,6 м.

Мобильные средства для уборки навоза

Мобильные средства сбора подстилочного навоза применяют, как привило при беспривязном содержании. К мобильным средствам относят скребок-бульдозер БН-Ф — 2,5, бульдозер скребок навесной БСН — 1,5 и др.

Производительность трактора с навесным скребком определяется с некоторым приближением значением машинного времени, затрачиваемого на удаление 1000 кг навоза, по формуле

,

где: — средняя длина пути перемещения навоза, м;

q_б — количество навоза, убираемого за один рабочий ход бульдозера, кг;

— средняя рабочая скорость трактора с бульдозером, м/с.

Сопротивление движению навоза, Н определяем:

Р = 9,81· К_б· ѓ· М,

где: К_б — коэффициент, учитывающий угол постановки скребка (выбирают из табл.);

ѓ — коэффициент трения покоя;

М — масса тела волочения, кг.

Значение коэффициента «К_б»

Работа бульдозера во многом схожа с работой погрузчика напорного действия. Значения номинальной грузоподъемности бульдозера с ковшом в зависимости от тягового класса трактора показаны в таблице.

Значения номинальной грузоподъемности бульдозера с ковшом в зависимости от тягового класса трактора

Производительность бульдозерной навески типа БН — 1, т/ч определяется:

Q_б = Г· n,

где: Г — грузоподъемность бульдозера, т;

n — число рабочих циклов за 1 ч или

,

где: V — вместимость ковша, мі;

— насыпная масса навоза, т/мі;

ц_к — коэффициент заполнения ковша (ц_к =0,5…0,9);

t_ц — время цикла, включая время, затрачиваемое на зачерпывание, разворот, переключение передач и выгрузку навоза из ковша, с.

1. Арзуманян Е. А. Животноводство. — М, ВО, Агропромиздат, 2007.

2. Крисанов А. Ф., Хайсанов Д. П., Улитько В. Е. и др. Технология производства, хранения, переработки и стандартизация продукции животноводства. — М.: Колос, 2009. — 208 с.

3. Макарцев Н. Г., Бондарев Э. И., Власов В. А. и др. Технология производства и переработки животноводческой продукции. — Калуга: «Манускрипт», 2008. — 688 с.

4. Макарцев Н. Г., Топорова Л. В., Архипов А. В. Технологические основы производства и переработки продукции животноводства. — М, МГПУ им. Н. Э. Баумана, 2007, 804 с.

5. Соколов В. В., Куц Г. А., Шевченко И. М. и др. Переработка продукции животноводства в крестьянских, фермерских и коллективных хозяйствах. Ижевск. Изд-во Удм. ун-та, 2008. — 299 с.