МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БЕСПОДСТИЛОЧНОГО НАВОЗА ПРИ ПОДГОТОВКЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕМ

- 2009. - № 4. - S. 24-26.

8. Haritonova M.N. Kachestvo pergi, stabilizirovannoj raznymi sposobami, v processe ee hraneniya / M.N. Haritonova, D.E. Kashirin // V sbornike: Innovacionnye tekhnologii v pchelovodstve Materialy nauchno-prakticheskoj konferencii. Ministerstvo sel'skogo hozyajstva Rossijskoj Federacii; Federal'noe gosudarstvennoe obrazovatel'noe uchrezhdenie dopolnitel'nogo professional'nogo obrazovaniya specialistov "Akademiya pchelovodstva". - 2006. - S. 195-197.

9. Kashirin D.E. Obosnovanie parametrov ustanovki dlya izvlecheniya pergi iz sotov / D.E. Kashirin // Mekhanizaciya i elektrifikaciya sel'skogo hozyajstva. - 2009. - № 11. - S. 26-27.

10. Pat. № 2297763 RF. Sposob izvlecheniya pergi iz sotov /D.E. Kashirin. - Zayavl. 05.12.2005; opubl. 27.04.2007, byul. № 12. - 4s.

11. Kashirin D.E. Issledovanie massy i geometricheskih parametrov pergi i pergovyh sotov / D.E. Kashirin // Vestnik Krasnoyarskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2010. - № 5. - S. 152-154.

12.Kashirin D.E. Sposob i ustrojstvo dlya izvlecheniya pergi / D.E. Kashirin // Vestnik saratovskogo gosudarstvennogo universiteta im. N.I.Vavilova. - 2010. - № 5. - S. 34-36.

13. Kashirin D.E. Issledovanie rabochego processa izmel'chitelya pergovyh sotov /D.E. Kashirin // Vestnik FGOU VPO MGAU imeni V.P. Goryachkina. - 2010. - №1 (40). - S.24-27.

14. Pavlov V.V. K voprosu ochistki voskovogo syr'ya putem dispergirovaniya zagryaznyayushchih komponentov / V.V. Pavlov, D.N. Byshov, D.E. Kashirin // V sbornike: Nauka molodyh - innovacionnomu razvitiyu APK materialy X YUbilejnoj Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii molodyh uchenyh. Bashkirskij gosudarstvennyj agrarnyj universitet. 2017. S. 226-233.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БЕСПОДСТИЛОЧНОГО НАВОЗА ПРИ ПОДГОТОВКЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЕМ

ЦЫМБАЛ Александр Андреевич, д-р с.-х. наук, профессор кафедры теплотехники, гидравлики и энергообеспечения предприятий, Российский государственный аграрный университет имени К.А. Тимирязева, tcimbalaa@yandex.ru

УСПЕНСКИЙ Иван Алексеевич, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой технической эксплуатации транспорта, ivan.uspensckij@yandex.ru

ЮХИН Иван Александрович, д-р техн. наук, доцент, зав. кафедрой автотракторной техники и теплоэнергетики, ivan.uspensckij@yandex.ru

Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева ЛИМАРЕНКО Николай Владимирович, канд. техн. наук, доцент кафедры электротехники и электроники, Донской государственный технический университет, limarenkodstu@yandex.ru

Важным фактором повышения уровня плодородия почв и снижения их деградации является использование органических удобрений, являющихся мощным энергоносителем биогенных свойств. В связи с индустриализацией животноводства и переходом на бесподстилочное содержание животных в существенной мере возрос объём бесподстилочного навоза влажностью 88-98 %, эффективно использовать который возможно только при обеспечении его санитарно-эпидемиологической безопасности. Наиболее энергоёмким этапом утилизационного цикла, отвечающим за безопасность в эпидемиологическом плане, является подготовка бесподстилочного навоза к внесению, состоящая из предварительного отстаивания и обеззараживания. В качестве наиболее перспективного способа интенсификации обеззараживания выбраны системные физико-химические воздействия. Наиболее представительными параметрами, характеризующими эпидемиологическое состояние бесподстилочного навоза, приняты: число колониеобразующих единиц общих колиформных, бляш-кообразующих, термотолерантных колиформных бактерий и фекальных стрептококков, а также удельная энергоёмкость операционного воздействия, реализуемого экспериментальным стендом. Для повышения эффективности экспериментального исследования использована математическая теория планирования эксперимента. В качестве плана был выбран центральный композиционный для квадратичной поверхности типа 5/1/27 Хартли Ha5, соответствующий активному полнофак-

УДК 631.22.018

DOI 10.36508/RSATU.2020.28.75.016

© Цымбал А. А., Успенский И. А., Юхин И. А., Лимаренко Н. В., 2020 г

торному эксперименту. В результате эксперимента получены квадратичные регрессионные полиномы, представляющие зависимость бактериологических свойств бесподстилочного навоза от его технологической влажности, продолжительности воздействия, концентрации хлорсодержаще-го реагента, уровня магнитной индукции, параметров рабочих тел экспериментального стенда. Полученные модели представляют собой исходные данные для дальнейшего моделирования и оптимизации данной операции с целью повышения её энергетической эффективности с точки зрения удельной энергоёмкости и санитарно-эпидемиологических ограничений, предъявляемых комплексами нормативных документов.

Ключевые слова: бесподстилочный навоз, бактериологические свойства, число колониеобразу-ющих единиц, системное физико-химическое воздействие, энергетическая эффективность.

Введение

Согласно Доктрине продовольственной безопасности, утверждённой президентом РФ 1 января 2020 года, для агропромышленного комплекса обозначены задачи увеличения объёмов продукции, а также улучшения её экологических и энергетических свойств. Существенным кластером, вносящим вклад в решение поставленных задач, является животноводство, технологические процессы которого связаны с образованием большого числа отходов. Применение органических удобрений является рациональным инструментом

повышения гумуса в почвах. Согласно данным экспертов РАН и Росстата содержание гумуса за последние 100 лет сократилось на 30-40 %, что составляет около 0,62 тонны с га в год, вызывая при этом рост эродированных земель на 0,5 млн. га в год, с годовым экономическим ущербом порядка 25 млрд. Соответственно, развитие, экологизация и повышение энергетической эффективности подходов к производству органических удобрений является важным инструментом минимизации деградации и эродированности почв, что также подтверждается данными Росстата (рис. 1) [1, 2].

X I

О ю о

15

г х

о

X О)

м I -А

2,7 2,5 2,3 2,1 1,9 1,7 1,5

А д^;

, л Д л ^

т

75 70 65 60 55 50

I <и

I о.

о ш

I- о

§ 55

О ё

¡1 ¥ I

т

о. о

2009 2011 2013

¿Минеральные удобрения

2015 2017

ООрганические удобрения

2019

Рис. 1 - Динамика внесения типов удобрений в РФ

Индустриальный подход к животноводству подразумевает бесподстилочное содержание животных, что приводит к образованию жидких отходов, представляющих собой бесподстилочный навоз технологической влажностью 88-98 %. Бесподстилочный навоз влажностью 88-98 % является носителем биогенных свойств (^ Р, К и др.) и представляет собой эффективный материал для создания органических удобрений, потенциал которого можно использовать при условии обеспечения его безопасности в санитарно-эпидемиологическом отношении. Санитарно-эпидемиологическая безопасность бесподстилочного навоза, согласно ГОСТ Р 53117-2008, ГОСТ 26074-84, СанПиН 2.1.7.573-96 и МУ 2.1.5.800-99, характеризуется целым комплексом параметров, в общем виде свести которые можно к определению бактериологических свойств. Установлено, что бактериологические свойства навоза во многом будут зависеть от агроклиматических условий, а также от применяемых технических решений по хранению, подготовке и направлению дальнейшего использования [3]. Анализ работ [3-9] позволил сделать вывод, что наиболее существенным этапом, влияющим на бактериологические свойства бесподсти-

лочного навоза, является его подготовка. В качестве наиболее перспективного способа подготовки бесподстилочного навоза, реализующего его обеззараживание после предварительного отстаивания, было выбрано системное физико-химическое обеззараживание в электромагнитном активаторе, устройство и принцип действия которого описаны в [10]. Установлено, что зависимости, позволяющие формализовать взаимосвязь бактериологических свойств навоза с методом его подготовки, в источниках отсутствуют, соответственно, задача их получения является актуальной для науки и техники. На основании изложенного была сформулирована цель исследования - моделирование бактериологических свойств бесподстилочного навоза при подготовке системными физико-химическими воздействиями.

Материалы и методы Объектом исследования являются эпидемиологические свойства бесподстилочного навоза, предметом - их зависимость от параметров подготовительных операционных воздействий. Получение данных зависимостей осуществлялось путём экспериментального исследования с использованием теории математического планиро-

вания эксперимента. На основании результатов предыдущих исследований [10, 11] были выбраны факторы и уровни их варьирования (табл. 1). Экспериментальные исследования проводились на стенде, общий вид которого представлен на ри-

сунке 2. Устройство и принцип действия, а также методики варьирования уровнями факторов и их метрологическое обеспечение представлены в работах [11, 12, 13].

Рис. 2 - Общий вид экспериментальной установки

Таблица 1 - Факторы и уровни их варьирования в натуральных переменных

Фактор Кодовое обозначение Уровни факторов

Х= -1 Х= 0 Х= +1

Концентрация хлорсодержащего реагента ы, мг/л Х1 6 12 18

Отношение длины рабочих тел к их диаметру Ш Х2 5 15 25

Магнитная индукция В, мТл Хз 40 60 80

Влажность бесподстилочного навоза W, % Х4 88 93 98

Продолжительность воздействия ^ с Х5 2 4 6

Согласно ГОСТ Р 53117-2008, ГОСТ 26074-84, СанПиН 2.1.7.573-96 и МУ 2.1.5.800-99 в качестве параметров, характеризующих бактериологические свойства бесподстилочного навоза, были приняты: число колониеобразующих единиц (КОЕ) общих колиформных бактерий (ОКБ), число КОЕ бляшкообразующих единиц (БОЕ), число КОЕ термотолерантных колиформных бактерий (ТТКБ), число КОЕ фекальных стрептококков (ФКСТК), а также удельная энергоёмкость операционного воздействия, реализуемого экспериментальным стендом (представлен на рисунке 2). Поскольку обеспечить условия соответствия бактериологических свойств уровням нормативных документов при минимизации удельной энергоёмкости операционного воздействия подготовки бесподстилочного навоза возможно только путём решения оптимизационной задачи, представляющей систему формализованных соотношений целевой функции, начальных и граничных условий, для наибольшей эффективности исследования в качестве плана был выбран центральный композиционный

для квадратичной поверхности типа 5/1/27 Хартли На5, соответствующий активному полнофакторному эксперименту. В качестве математической модели, формализующей взаимосвязь варьируемых факторов и измеряемых параметров, был выбран полином второго порядка:

й к к

У = Ьо + ^ М,- ^ ъчххху

где Ьо, Ц, Ьи, Ь - коэффициенты, характеризующие силу/ влияния свободных, линейных, квадратичных и парных эффектов взаимодействия членов полинома.

В таблице 2 представлена матрица планирования эксперимента типа 5/1/27 Хартли На5, в кодированных переменных. Для снижения влияния систематических погрешностей при проведении исследования использовалась рандомизация, каждый опыт дублировался 3 раза. Полученные в ходе экспериментального исследования средние значения параметров представлены в таблице 2, столбцах 7-11.

Таблица 2 - Матрица планирования

Номер опыта Уровни факторов Число КОЕ БОЕ, шт Число КОЕ ОКБ, шт. Число КОЕ ФКСТК, шт. Число КОЕ ТТКБ, шт. Удельная энергоёмкость N кВт*ч/м3

Х1 Х2 Хз Х4 Ха Ух к У2 у2 Уз Л У4 Л У5 у5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

1 -1 -1 -1 -1 +1 157 160 16 138 1,40 1,41

2 +1 -1 -1 -1 -1 139 140 11 118 8,30 8,30

3 -1 +1 -1 -1 -1 196 194 24 172 1,80 1,79

4 +1 +1 -1 -1 +1 108 106 9 84 7,70 7,71

5 -1 -1 +1 -1 -1 164 162 14 140 1,10 1,10

6 +1 -1 +1 -1 +1 76 74 2 52 8,40 8,41

7 -1 +1 +1 -1 +1 130 128 12 106 15,90 15,89

8 +1 +1 +1 -1 -1 110 108 7 86 7,40 7,40

9 -1 -1 -1 + 1 -1 149 147 14 125 2,20 2,21

10 +1 -1 -1 + 1 +1 61 59 1 37 6,70 6,71

11 -1 +1 -1 + 1 +1 115 113 12 91 14,20 14,19

12 +1 +1 -1 + 1 -1 95 93 7 71 5,70 5,71

13 -1 -1 +1 + 1 +1 83 81 2 59 14,90 14,91

14 +1 -1 +1 + 1 -1 63 61 3 39 6,40 6,41

15 -1 +1 +1 + 1 -1 117 115 10 93 13,90 13,92

16 +1 +1 +1 + 1 +1 29 27 5 5 22,40 22,39

17 -1 0 0 0 0 123 121 9 99 5,40 5,39

18 +1 0 0 0 0 69 67 1 45 5,40 5,41

19 0 -1 0 0 0 98 96 6 74 1,40 1,39

20 0 +1 0 0 0 98 96 9 74 8,90 8,91

21 0 0 -1 0 0 113 111 8 89 2,20 2,20

27 0 0 0 0 0 94 87 4 78 5,10 5,10

Проверка полученных значений оценок дисперсий параллельных опытов на однородность по критерию Кохрена показала, что при выбранном уровне значимости а = 0,05 и степенях свободы числителя ^ = 2 и знаменателя =27 расчетные значения Gр меньше критического значения Gк = 0,21 [14, 15], следовательно, гипотеза об однородности дисперсий параллельных опытов справедлива.

Расчёт оценок коэффициентов регрессионного полинома осуществлялся методом наименьших квадратов, суть которого заключается в минимизации суммы квадратов отклонений при условии нормальности закона их распределения и может быть формализован в виде:

я

2_,О'« - Мо- М» - - Ь1ХЫ - ЬпХпц}" -» тт. а = 1

Выполнить обозначенное условие возможно путём приравнивания частных производных по одной из оценок, например, по Ы:

э

ЭЪ;

2 (уи - - ----------Ь^шиУ

= о

После соответствующих преобразований методом наименьших квадратов была получена система уравнений линейного вида:

С целью упрощения последующих операций и повышения адекватности представления результатов эксперимента использовалась матричная форма записи регрессионной модели; для автоматизации данного алгоритма использовался программный комплекс Statistica 7.0.

Методика установки варьируемых факторов осуществлялась в соответствии с алгоритмом,

описанным в работе [12].

Методика получения объекта исследования заключалась в создании навозной среды, насыщенной патогенными микроорганизмами, характерными реальному объекту, согласно ГОСТ 26074-84 и МУ 2.1.5.800-99. Измерение параметров КОЕ осуществлялось методом брожения и прямого посева на питательную среду Эндо. Подсчёт выросших КОЕ осуществлялся по следующей формуле после системного физико-химического воздействия и нахождения обработанной пробы с питательной средой в термостате в течение 24 часов при t = 46 °С:

^ксе —

а - V,

V

где a - суммарное количество КОЕ ОКБ в пробе, шт;

VK - контрольный объём, мм3; V - фактический объём пробы, ммз. Также в процессе подсчёта осуществлялся ок-сидазный тест на принадлежность выросших на питательном огаре КОЕ к аэробным микроорганизмам. Более подробно методика оценки числа КОЕ выросших на питательном огаре представлена в работах [11, 12].

Измерения удельной энергоёмкости системного физико-химического воздействия осуществлялись с помощью специально разработанного контрольно-измерительного комплекса, устройство и принцип действия которого подробно описаны в [10, 13]. Суть оценки удельной энергоёмкости заключалась в измерении амплитудных значений силы тока, напряжения и угла сдвига фаз в единицу времени на единицу объёма, что можно представить аналитически в виде формулы:

N _ Imsin*tíut + tp}yt

у1 = 93,35 - 26,88  X! - 15,55  х3 - 23,05  х4 - 17,05  х5 + +2,72  з^ + 4,72  х\ + 3,72  xj + 4,22  + 3,22 х\

- для числа КОЕ ОКБ:

уг = 90,44 - 27  Xi - 16,00  х3 - 23,S0  - 17,00  х5 + ЗД2  + +5,12  + 4Д2  х\ + 462  4 + 3,12  х|

- для числа КОЕ ФКСТК:

v4 = 4,14 - 3,72  Si + 1,44  х, - 2,SS  хч - 2,SS  tu - 2,00  Xr + 3,33  x%

- для числа КОЕ ТТКБ:

у4 = 70,45 - 27,00  ^ - 16,00  хэ - 23,50 зц - 16,88 х5 + +4,48  х\ + 3,48 •х1 + 4,98-х% + 3,48  х\

- для удельной энергоёмкости операционного воздействия:

у5 = 5,14 + 2,61  х2 + 2,81 я3 + 2,27  - 2,89  к5

Уравнения (1-5) позволяют рассчитать значения числа зависимых переменных от независимых в рамках исследованной области факторного пространства. На основании экспериментальных данных (табл. 2) были построены графические зависимости, представленные на рисунках 3-11.

Рис. 3 - Зависимость числа КОЕ БОЕ от продолжительности операционного воздействия и влажности технологического материала

Ш > 140

Ш < 128 I <108

Рис. 4 - Зависимость числа КОЕ ОКБ от продолжительности операционного воздействия и влажности технологического

I > 12 I < 12 I < 10 <8 i < 6 I <: А

Рис. 5 - Зависимость числа КОЕ ФКСТК от продолжительности операционного воздействия и влажности технологического материала

Рис. 6 - Зависимость числа КОЕ ТТКБ от продолжительности операционного воздействия и влажности технологического материала

Рис. 9 - Зависимость числа КОЕ ФКСТК от уровня магнитной индукции и концентрации химического реагента

Рис. 7 - Зависимость числа КОЕ БОЕ от уровня магнитной индукции и концентрации химического реагента

Рис. 10 - Зависимость числа КОЕ ТТКБ от уровня магнитной индукции и концентрации химического реагента

> 140 < 128 < 108

Рис. 8 - Зависимость числа КОЕ ОКБ от уровня магнитной индукции и концентрации химического реагента

Рис. 11 - Зависимость удельной энергоёмкости операционного физико-химического воздействия от влажности технологического материала и концентрации химического реагента

Анализ результатов экспериментальных исследований (табл. 2) и графических зависимостей (рисунки 3-6) позволил сделать следующие выводы:

- математические модели в виде квадратичных регрессионных полиномов (1-5), представленные в кодированном виде, адекватно по критерию Фишера характеризуют зависимость числа КОЕ БОЕ, КОЕ ОКБ, КОЕ ФКСТК, КОЕ ТТКБ от варьируемых факторов при уровне значимости а = 0,05; соответственно, полученные зависимости могут служить исходными данными при моделировании санитарно-эпидемиологических и бактериологических свойств бесподстилочного навоза;

- установлены зависимости влияния варьируемых факторов согласно области их интереса (табл. 1) на параметры назначения в виде КОЕ БОЕ, КОЕ ОКБ, КОЕ ТТКБ (табл. 2, столбцы 7-11). Статистически значимыми оказались коэффициенты параметров: концентрация хлорсодер-жащего реагента х1, влажность бесподстилочного навоза х4, продолжительность воздействия ха, уровень магнитной индукции хз. Статистически незначимым для данного типа бактерий оказался параметр, характеризующий отношение длины рабочих тел к их диаметру х2. В случае с КОЕ ФКСТК статистически значимыми оказались все оценки регрессионных коэффициентов варьируемых параметров. Ранжирование статистически значимых оценок коэффициентов варьируемых параметров на удельную энергоёмкость реализуемого операционного физико-химического воздействия подтвердило следующие влияния: отношение длины рабочих тел к их диаметру х2, уровень магнитной индукции хз, влажность бесподстилочного навоза х4, продолжительность воздействия ха. Статистически не значимым в данных условиях оказался параметр х1. На основании анализа оценок коэффициентов можно построить критическую матрицу ранжирования факторного пространства;

- концентрация хлорсодержащего реагента существенным образом оказывает влияние на число КОЕ БОЕ, КОЕ ОКБ, КОЕ ФКСТ, КОЕ ТТКБ, что подтверждается соответствующими оценками коэффициентов в уравнениях (1-4). Из экспериментального исследования видно, что с увеличением концентрации реагента число КОЕ исследуемых бактериальных форм, выросших на питательном огаре после операционного воздействия, сокращается по квадратичной зависимости в случае с БОЕ (1), ОКБ (2), ТТКБ (3) и линейной с ФКСТК (3); в случае влияния на удельную энергоёмкость операционного воздействия данный параметр оказался статистически незначимым (5);

- влажность бесподстилочного навоза существенным образом оказывает влияние на число КОЕ БОЕ, КОЕ ОКБ, КОЕ ФКСТ, КОЕ ТТКБ, что подтверждается соответствующими оценками коэффициентов в уравнениях (1-4). Из экспериментального исследования видно, что с увеличением влажности бесподстилочного навоза с 88 до 93 % и с 93 до 98 % число КОЕ исследуемых бактериальных форм, выросших на питательном огаре после операционного воздействия, возрастает по квадратичной зависимости в случае с Бое (1), ОКБ (2), ТТКБ (3) и линейной с ФКСТК (3) и удельной энергоёмкостью операционного физико-хими-

ческого воздействия (5);

- уровень магнитной индукции в рабочей зоне операционного воздействия, отношение длины рабочих тел к их диаметру, продолжительность системного физико-химического воздействия существенным образом оказывают влияние на удельную энергоёмкость и число КОЕ БОЕ, КОЕ ОКБ, КОЕ ФКСТК, КОЕ ТТКБ, что подтверждается соответствующими оценками коэффициентов в уравнениях (1-5). Из экспериментального исследования видно, что с увеличением уровня магнитной индукции с 40 мТл до 60 мТл концентрация исследуемых бактериальных форм снижается по квадратичной зависимости; при увеличении с 60 мТл до 80 мТл вновь наблюдается их рост, а удельная энергоёмкость при этом увеличивается. Отношение длины рабочих тел к их диаметру оказывает существенное влияние только на число КОЕ ФКСТК и удельную энергоёмкость. Для того чтобы сделать заключение о наиболее эффективном уровне магнитной индукции и отношении длины рабочих тел к их диаметру с точки зрения минимизации удельной энергоёмкости операционного воздействия и сохранения ограничений, предъявляемых комплексом нормативных документов с точки зрения санитарно-эпидемиологического состояния, необходимо на основании полученных в ходе данного исследования моделей (1-5) решить оптимизационную задачу. Установлено, что с увеличением продолжительности системного физико-химического воздействия по квадратичной зависимости происходит снижение бактериальных форм КОЕ БОЕ (1), КОЕ ОКБ (2), КОЕ ТТКБ (4), для КОЕ ФКСТК (3) зависимость линейна. С увеличением продолжительности операционного воздействия по линейной зависимости согласно модели (5) происходит увеличение удельной энергоёмкости.

Заключение

1. Обоснована значимость интенсификации операционных воздействий подготовки бесподстилочного навоза к внесению в качестве эффективного органического энергоносителя биогенных свойств, необходимого для повышения гумуса в почвах и снижения уровня их деградаций.

2. Экспериментально исследовано влияние конструктивных и технологических факторов операционного системного физико-химического воздействия на бактериологические свойства бесподстилочного навоза.

3. Получены квадратичные регрессионные полиномы (1-5), представляющие зависимость бактериологических свойств бесподстилочного навоза влажностью 88-98 % от конструктивных и технологических факторов операционного системного физико-химического воздействия при его подготовке к внесению.

4. Полученные в ходе экспериментального исследования и моделирования результаты в виде квадратичных регрессионных полиномов (1-5) в кодированных переменных представляют собой исходные данные для дальнейшего моделирования динамики бактериологических свойств бесподстилочного навоза и решения оптимизационных

задач повышения энергетической эффективности операций подготовки и внесения в качестве органических удобрений.

Список литературы

1. Внесение органических удобрений под посевы в сельскохозяйственных организациях по Российской Федерации [Электронный ресурс] / Федеральная служба государственной статистики. URL: https://docviewer.yandex.ru/view/266367699/? *=quF22oogsop29o5K6%2BZ99RBvvyN7InVybCI6I nlhLWJyb3dzZXI6Ly80RFQxdVhFUFJySlJYbFVGb2 V3cnVLaUplX0oza1Q4cnlic0IwRjRZNGdkQk1DekZq bU43QnA2WTJmcklWNlMzb3N0TkFjY2dZUGN2bm 80a1hoTVdCa2Fvc2cwV3A2RVNCcGlaVVFXWVR4 YWJsNHBXdkFwek1IbWxYem9ybUM0Mjc5RU5KO HpQakcxcktKd29qWlRUdXc9PT9zaWduPVliS3hpa FJXMGRDR0FwWU9ZUU1Fb1ZOSTFqUnJqbVB1c 1Noc05EWXczUHc9IiwidGl0bGUiOiJtdGI0Lnhsc3gi LCJub2lmcmFtZSI6ZmFsc2UsInVpZCI6IjI2NjM2NzY 5OSIsInRzIjoxNTk0MDI0OTg1MzA1LCJ5dSI6IjEzN zQyNTAyNzE1ODY5MDU2ODUifQ%3D%3D

2. Внесение минеральных удобрений под посевы в сельскохозяйственных организациях по Российской Федерации [Электронный ресурс] / Федеральная служба государственной статистики. URL: https://docviewer.yandex.ru/view/266367699/?* =7P1c743v1MFFsKPFHesC85k16Jd7InVybCI6InlhL WJyb3dzZXI6Ly80RFQxdVhFUFJySlJYbFVGb2V3c nVNVEhrclhWekpBci1oX294WnNNUGhKRkJSQXB NRGtJYS1PRVgwY3FNT0tpQVVsVHFBbVIzdURW Tk1ITFo5NHdQeFZHSDJ0Ui1BYm9OMDBfLVhRMl ZneFNCZm5tejd1ekhSaGtBUHJ3bFhoVHJwNmRU T3locjByRGFDQThGa19sbkE9PT9zaWduPUlaOXlS UHRrQ0ctZFdNc2s5czA2V0plaDhsT25TQTVYdEVh UksxTVhZaU09IiwidGl0bGUiOiJtdGIzLnhsc3giLCJu b2lmcmFtZSI6ZmFsc2UsInVpZCI6IjI2NjM2NzY5OS IsInRzIjoxNTk0MDI0OTc4MzgxLCJ5dSI6IjEzNzQyN TAyNzE1ODY5MDU2ODUifQ%3D%3D (дата обращения 07.07.2020).

3. Эффективность применения жидкой фракции бесподстилочного свиного навоза под яровую пшеницу на лугово-черноземной почве / Н. В. Го-ман, И. А. Бобренко, Н. К. Трубина, [и др.] // Вестник КрасГАУ. - 2018. - № 5 (140). - С. 51-59.

4. Брюханов, А. Ю. Проблемы обеспечения экологической безопасности животноводства и наилучшие доступные методы их решения / А. Ю. Брюханов, Э. В. Васильев, Е. В. Шалавина // Региональная экология. - 2017. - № 1 (47). - С. 37-43.

5. Сычёв, В. Г. Исследование динамики и баланса гумуса при длительном применении систем удобрения на основных типах почв / В. Г. Сычёв, Л. К. Шевцова, Г. Е. Мёрзлая // Агрохимия. - 2018. - № 2. - С. 3-21.

MODELING OF THE EPIDEMIOLOGICAL PROPERTIES PREPARATION BY PHYSICO-CHEMICAL DISINFECTION

6. Колесникова, Т. А. Агромелиоративная оценка применения подготовленных жидких отходов свинокомплексов на черноземе обыкновенном краснодарского края / Т. А. Колесникова, М. А. Куликова // Вестник Рязанского агротехнологическо-го университета им. П.А. Костычева. - 2020. - № 2 (45). - С. 46-51.

7. Parameters of optimized system of technological process of waste water disinfection of livestock enterprises in integrated physico-chemical effects / N.V. Byshov, I.A. Uspensky, I.A. Yukhin, N.V. Limarenko, I.V. Fadeev, S.D. Fomin // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. - 2019. - № 341 (012140). DOI: 10.1088/1755-1315/341/1/012140.

8. Byshov, N. V. Ecological and technological criteria for the efficient utilization of liquid manure / N. V. Byshov, I. A. Uspensky, I. A. Yukhin [et al.] // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science.

- 2020. - № 422 (012069). D0I:10.1088/1755-1315/422/1/012069.

9. Пат. 2680073. Способ обеззараживания жидких сред / В. П. Жаров, Б. Г. Шаповал, Н. В. Лимаренко // Бюл. - 5. № 2018113501. Опубл. 14.02.2019.

10. Исследование параметров магнитного поля в рабочей камере индуктора / Н. В. Лимаренко [и др.] // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2016. - № 1. - с. 136-142.

11. Лимаренко, Н. В. Создание математической модели технологического процесса обеззараживания стоков животноводства / Н. В. Лимаренко // Известия ВУЗов. Пищевая технология. - 2017. - № 3. - С. 108-112.

12. Исследование распределения плотности вероятностей патогенных маркеров свиного бесподстилочного навоза / Н. В. Бышов, Н. В. Лимаренко, И. А. Успенский [и др.] // Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса. - 2019. - № 4 (56).

- С. 215-227. DOI: 10.32786/2071-9485-2019-04-26.

13. Исследование влияния параметров рабочих тел индуктора на коэффициент мощности / И. А. Успенский, И. А. Юхин, Г. А. Борисов, Н. В. Лимаренко // Известия нижневолжского агроуни-верситетского комплекса. - 2019. - № 3 (55). - С. 360-369. DOI: 10.32786/2071-9485-2019-03-45.

14. Karl Siebertz. Statistische Versuchsplanung. Design of Experiments (DoE) / Karl Siebertz, David van Bebber, Thomas Hochkirchen. - London. New York: Springer Heidelberg Dordrecht, 2010. - 326 p.

15. Вентцель, Е. С. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения / Е. С. Вентцель, Л. А. Овчаров - 5-е изд., стер. - М.: КНОРУС, 2013. - 448 с.

OF LIQUID MANURE DURING ITS

Byshov Nikolay V., Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of machine and tractor park operation, Ryazan state agrotechnological university named after P. A. Kostychev, byshov@rgatu.ru Tsymbal Aleksandr A., Doctor of Agricultural Sciences, Professor, the Head of the Department of Heat Engineering of Hydraulics and Power Supply of Enterprises, Russian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural Academy, tcimbalaa@yandex.ru

Uspenskiy Ivan A., Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of technical operation of transport, Ryazan state agrotechnological university named after P. A. Kostychev, ivan.uspensckij@yandex. ru

YUkhin Ivan A., Doctor of Technical Sciences, associate Professor, Head of the Department of automotive engineering and heat power engineering, Ryazan state agrotechnological university named after P. A. Kostychev, ivan.uspensckij@yandex.ru

Limarenko Nikolay V., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of electrical engineering and electronics, Don state technical university, limarenkodstu@yandex.ru

An important factor in increasing soil fertility and reducing soil degradation is the use of organic fertilizers, which are powerful energy carrier of biogenic properties. In connection with the industrialization of animal husbandry and transition to a non-bedded stock of animals substantially increased the volume of liquid manure humidity of 88...98%, efficient use of which is only possible by ensuring sanitary-epidemiological safety. The most energy-intensive stage of the utilization cycle, which is responsible for safety in epidemiological terms, is the preparation of liquid manure for soil application, consisting of pre-settling and disinfection. Systemic physical and chemical effects were selected as the most promising method of intensifying disinfection. The most representative parameters that characterize the epidemiological state of liquid manure are: the number of colony-forming units of common coliform, plaque-forming, thermotolerant coliform bacteria and fecal streptococci, as well as the specific energy intensity of the operational impact implemented by the experimental stand. To improve the efficiency of the experimental study, the mathematical theory of experiment planning was used. The Central composite plan for a 5/1/27 Hartley Ha5 quadratic surface was chosen as the plan, corresponding to an active full-factor experiment. In the experiment, the obtained quadratic polynomial regression equation representing the dependence of bacteriological properties of the liquid manure from its technological humidity, duration of exposure, concentration of the chlorine-containing reagent, the level of magnetic induction, the parameters of working bodies of the testbed. The obtained models represent the initial data for further modeling and optimization of this operation, in order to increase its energy efficiency, in terms of specific energy intensity and sanitary and epidemiological restrictions imposed by a set of regulatory documents.

Key words: liquid manure, bacteriological properties, the number of colony-forming units, system physical and chemical effects, energy efficiency.

Literatura

1. Vnesenie organicheskih udobrenij pod posevy v sel'skohozyajstvennyh organizaciyah po Rossijskoj Federacii [Elektronnyj resurs] / Federal'naya sluzhba gosudarstvennoj statistiki. URL: https://docviewer. yandex.ru/view/266367699/?*=quF22oogsop29o5K6%2BZ99RBvvyN7InVybCI6InlhLWJyb3dzZXI6Ly80RF QxdVhFUFJySlJYbFVGb2V3cnVLaUplX0oza1Q4cnlic0IwRjRZNGdkQk1DekZqbU43QnA2WTJmcklWNlMz b3N0TkFjY2dZUGN2bm80a1hoTVdCa2Fvc2cwV3A2R VNCcGlaVVFXWVR4YWJsNHBXdkFwek1IbWxYem 9ybUM0Mjc5RU5KOHpQakcxcktKd29qWlRUdXc9PT9zaWduPVliS3hpaFJXMGRDR0FwWU9ZUU1Fb1ZO STFqUnJqbVB1c1Noc05EWXczUHc9IiwidGl0bGUiOiJtdGI0Lnhsc3giLCJub2lmcmFtZSI6ZmFsc2UsInVpZC I6IjI2NjM2NzY5OSIsInRzIjoxNTk0MDI0OTg1MzA1LCJ5dSI6IjEzNzQyNTAyNzE1ODY5MDU2ODUifQ%3D %3D

2. Vnesenie mineral'nyh udobrenij pod posevy v sel'skohozyajstvennyh organizaciyah po Rossijskoj Federacii [Elektronnyj resurs] / Federal'naya sluzhba gosudarstvennoj statistiki. URL: https://docviewer. yandex.ru/view/266367699/?*=7P1c743v1MFFsKPFHesC85k16Jd7InVybCI6InlhLWJyb3dzZXI6Ly80RFQx dVhFUFJySlJYbFVGb2V3cnVNVEhrclhWekpBci1oX294WnNNUGhKRkJSQXBNRGtJYS1PRVgwY3FNT0t pQVVsVHFBbVIzdURWTk1ITFo5NHdQeFZHSDJ0Ui1BYm90MDBfLVhRMlZneFNCZm5tejd1ekhSaGtBUH J3bFhoVHJwNmRUT3locjByRGFDQThGa19sbkE9PT9zaWduPUla0XlSUHRrQ0ctZFdNc2s5czA2V0plaDh sT25TQTVYdEVhUksxTVhZaU09IiwidGl0bGUiOiJtdGIzLnhsc3giLCJub2lmcmFtZSI6ZmFsc2UsInVpZCI6IjI 2NjM2NzY50SIsInRzIjoxNTk0MDI00Tc4MzgxLCJ5dSI6IjEzNzQyNTAyNzE10DY5MDU20DUifQ%3D%3D (data obrashcheniya 07.07.2020).

3. Goman, N. V. Effektivnost' primeneniya zhidkoj frakcii bespodstilochnogo svinogo navoza pod yarovuyu pshenicu na lugovo-chernozemnoj pochve / N. V. Goman, I. A. Bobrenko, N. K. Trubina, [i dr.] // Vestnik KrasGAU. - 2018. - № 5 (140). - S. 51-59.

4. Bryuhanov, A.YU. Problemy obespecheniya ekologicheskojbezopasnostizhivotnovodstva inailuchshie dostupnye metody ih resheniya/A.YU. Bryuhanov, E.V. Vasil'ev, E.V. SHalavina//Regional'naya ekologiya. - 2017. - № 1 (47). - S. 37-43.

5. Sychyov, V. G. Issledovanie dinamiki i balansa gumusa pri dlitel'nom primenenii sistem udobreniya na osnovnyh tipah pochv / V. G. Sychyov, L. K. SHevcova, G. E. Myorzlaya //Agrohimiya. - 2018. - № 2. - S. 3-21. DOI: 10.7868/S0002188118020011.

6. Kolesnikova, T.A. Agromeliorativnaya ocenka primeneniya podgotovlennyh zhidkih othodov svinokompleksov na chernozeme obyknovennom krasnodarskogo kraya / T.A. Kolesnikova, M.A. Kulikova // Vestnik Ryazanskogo agrotekhnologicheskogo universiteta im. P.A. Kostycheva. - 2020. - № 2 (45). - S. 46-51.

7. Byshov, N.V. Parameters of optimized system of technological process of waste water disinfection of livestock enterprises in integrated physico-chemical effects / N.V. Byshov, I.A. Uspensky, I.A. Yukhin, N.V. Limarenko, I.V. Fadeev, S.D. Fomin // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. - 2019. - № 341

(012140). DOI: 10.1088/1755-1315/341/1/012140.

8. Byshov, N. V. Ecological and technological criteria for the efficient utilization of liquid manure / N. V. Byshov, I. A. Uspensky, I. A. Yukhin [et al.] // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. - 2020. - № 422 (012069). D0I:10.1088/1755-1315/422/1/012069.

9. Pat. 2680073. Sposob obezzarazhivaniya zhidkih sred/ V.P. ZHarov, B.G. SHapoval, N.V. Limarenko // Byul. - 5. № 2018113501. Opubl. 14.02.2019.

10. Limarenko, N.V. Issledovanie parametrov magnitnogo polya v rabochej kamere induktora / N.V. Limarenko [i dr.] //Vestnik Don. gos. tekhn. un-ta. - 2016. - № 1. - s. 136-142.

11. Limarenko, N. V. Sozdanie matematicheskoj modeli tekhnologicheskogo processa obezzarazhivaniya stokov zhivotnovodstva / N. V. Limarenko // Izvestiya VUZov. Pishchevaya tekhnologiya. - 2017. - № 3. - S. 108-112.

12. Byshov, N.V. Issledovanie raspredeleniya plotnosti veroyatnostej patogennyh markerov svinogo bespodstilochnogo navoza /N. V. Byshov, N. V. Limarenko, I. A. Uspenskij [i dr.]//Izvestiya nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa. - 2019. - № 4 (56). - S. 215-227. DOI: 10.32786/2071-9485-2019-04-26.

13. Uspenskij, I.A. Issledovanie vliyaniya parametrov rabochih tel induktora na koefficient moshchnosti /1. A. Uspenskij, I. A. YUhin, G. A. Borisov, N. V. Limarenko // Izvestiya nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa. - 2019. - № 3 (55). - S. 360-369. DOI: 10.32786/2071-9485-2019-03-45.

14. Karl Siebertz. Statistische Versuchsplanung. Design of Experiments (DoE) / Karl Siebertz, David van Bebber, Thomas Hochkirchen. - London. New York: Springer Heidelberg Dordrecht, 2010. - 326 p.

15. Ventcel', E.S. Teoriya sluchajnyh processov i ee inzhenernye prilozheniya /E.S. Ventcel', L.A. Ovcharov - 5-e izd., ster. - M.: KNORUS, 2013. - 448 s.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛАСТИЧНЫХ ОБОЛОЧЕК РАБОЧИХ ОРГАНОВ КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНЫХ МАШИН НА ХАРАКТЕР ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С КЛУБНЯМИ

БЫШОВ Николай Владимирович, д-р техн. наук, профессор кафедры эксплуатации машинно-тракторного парка, byshov63@mail.ru

РУЗИМУРОДОВ Абдугафор Абдусаторович, аспирант кафедры эксплуатации машинно-тракторного парка, gafor1213@mail.ru

РЕМБАЛОВИЧ Георгий Константинович, д-р техн. наук, декан автодорожного факультета, rgk.rgatu@yandex.ru

ГОЛАХОВ Андрей Александрович, аспирант кафедры эксплуатации машинно-тракторного парка

Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева

Картофель возделывается в 20 почвенно-климатических зонах, поэтому требуются различные подходы к работе картофелеуборочных машин, чтобы обеспечить необходимое качество клубней. Это также обусловлено особенностью произрастания картофеля, потому что из картофельного вороха уборочной машине нужно отделить 97-98 % почвенных примесей, не повреждая клубни. Исследование работы сепарирующих рабочих органов показало, что качественные показатели технологического процесса картофелеуборочных машин определяются содержанием примесей и повреждениями клубней картофеля. Для уборки картофеля на почвах критической влажности поперечный ворошитель устанавливают над прутковым элеватором. Поперечный ворошитель перемещает картофельный ворох на середину пруткового элеватора с помощью спиралей, выполненных с правой и левой навивкой. Спиральная навивка поперечного ворошителя обеспечивает дополнительное измельчение почвенных комков, улучшает сепарацию почвы и перемещает картофельный ворох с краёв в середину пруткового элеватора. Благодаря пустотелой конструкции поперечного ворошителя расширяются функциональные возможности картофелекопателя и область применения. Установлено, что недостаточно исследованы вопросы использования эластичных покрытий для предотвращения повреждения клубней картофеля. При исследовании окружной и радиальной деформации бесконечно малого элемента эластичного покрытия применяли принцип независимости действия сил. Полученное выражение радиальных напряжений оболочки от давления клубня при ударе позволяет определить возникающие напряжения при контакте клубня с оболочкой для раз-

УДК 631.53.01

DOI 10.36508/RSATU.2020.76.17.017

© Бышов Н. В., Рузимуродов А. А., Рембалович Г К., Голахов А. А., 2020 г.