Определение расхода технологической воды в зависимости от влажности навоза на свиноводческом предприятии

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства_

otkorma svinej [Graphical and mathematical modeling of five-phase stress-free technology of reproduction, rearing and fattening pigs]. Resources and Technology. 2014. Vol.11. N 1: 66-76.

5. Kalyuga V.V., Trifanov A.V., Bazykin V.I. Malaya svinoferma s besstressovym sposobom soderzhaniya svinej [Small-scale pig farm with a stress-free housing of pigs]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2012. N 83: 111-121.

6. Tropin A.N., Trifanov A.V., Bazykin V.I. Obosnovanie konstruktivnyh parametrov samotechnoj sistemy udaleniya navoza periodicheskogo dejstviya vanno-trubnogo tipa [Substantiation of design parameters of the gravity flow system for manure removal of batch action of pit-and-pipe type // Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2011. N 25: 238-241.

7. Bazykin V.I., Tropin A.N., Trifanov A.V. Analiz tekhnologii i rezul'taty opytno-proizvodstvennoj ocenki samotechno-slivnoj vanno-trubnoj sistemy udaleniya navoza periodicheskogo dejstviya v OOO "Zhivotnovodcheskij kompleks Bor" Priozerskogo rajona Leningradskoj oblasti [Technology analysis and the findings of pilot production evaluation of the gravity flow system for manure removal of batch action in

District, Leningrad Region]. Izvestiya Sankt-

Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2011. N 22: 362-367.

8. Metodicheskie rekomendacii po tekhnologicheskomu proektirovaniyu sistem udaleniya i podgotovki k ispol'zovaniyu navoza i pomyota RD-APK 1.10.15.02-17 [Management Directive for Agro-Industrial Complex1.10.15.02-17. Recommended Practice for Engineering Designing of Systems for Animal and Poultry Manure Removal and Pre-application Treatment]. Moscow: Rosinformagrotekh, 2017: 173.

9. Vorozhcov O.V. Obosnovanie tekhnologicheskih i konstrukcionnyh parametrov peremeshivayushchego ustroj stva, obespechivayushchego gomogenizaciyu zhidkogo svinogo navoza pri ego hranenii v plyonochnyh navozohranilishchah [Justification of technological and structural parameters of a mixing device that ensures homogenization of liquid pig manure during its storage in film manure facilities]. Cand. tech. sci. diss., SPbGAU. 2018:204

10. Tropin A.N., Trifanov A.V. Vliyanie raskhoda tekhnologicheskoi vody dlya obsluzhivaniya samotechnoi sistemy navozoudaleniya periodicheskogo deistviya vanno-trubnogo tipa na ob"em poluchaemoi navoznoi massy [Relevance between technological water consumption in the gravity tank-and-pipe manure removal system with a batch operation mode and the volume of produced manure]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2014. N 85: 136-141.

УДК 611.363631.277.01 637.11 Б01 10.24411/0131-5226-2018-10081

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ВОДЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВЛАЖНОСТИ НАВОЗА НА СВИНОВОДЧЕСКОМ ПРЕДПРИЯТИИ

И. Е. Плаксин1; А. В. Трифанов1, канд. техн. наук;

ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 2018. Вып. 96_

С. И. Плаксин2, канд. физ.-мат. наук

'Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) -филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петерб^>г, Россия

2 Новосибирский государственный педагогический университет, Новосибирск, Россия

Производство свинины в России ежегодно увеличивается и на сегодняшний день составляет 3518 тыс. т в убойном весе. Росту объема производимой продукции способствует реконструкция старых и строительство новых крупных свиноферм и комплексов, доля которых в общем объеме производства составляет порядка 84%. Данный показатель наблюдается наряду со снижением объемов производства на мелкотоварных свинофермах, на которых производится не более 16% свиноводческой продукции. Снижение объемов производства мелкотоварных свиноводческих предприятий объясняется использованием неэффективных технологий содержания и выращивания свиней, высокими трудозатратами, а также плохими санитарно-гигиеническими условиями содержания животных. Независимо от производственной мощности свиноводческого предприятия основной задачей является рентабельное производство продукции. Основными факторами, влияющими на рентабельность свиноводческого предприятия, являются применение наукоёмких технико-технологических решений, рациональное использование производственных ресурсов, высокий генетический потенциал животных и квалификация персонала. Основные затраты, составляющие до 70%, при производстве продукции на свиноводческом предприятии приходятся на кормление животных. Для минимизации потерь корма проведено большое количество исследований технико-технологических решений средств его хранения, транспортировки и раздачи животным. Мало изучена проблема потерь воды на свинофермах, что объясняется невысокой стоимостью данного производственного ресурса. Но помимо прямых затрат перерасход воды несет косвенные затраты, так как вода, попадая в навозоприемные ванны увеличивает общий объем навоза, а, следовательно, и затраты на его утилизацию. Исходя из этого, целью проведенного исследования было определение зависимости изменения объема технологической воды от влажности навоза. В результате проведенных исследований построен интерполяционный многочлен, представляющий зависимость изменения объема технологической воды от увеличения влажности навоза на свиноводческом предприятий. Построен график интерполяционного многочлена, анализ которого показал, что резкое увеличение объема технологической воды наблюдается с достижения навозом влажности равной 93%.

Ключевые слова: сельское хозяйство, свиноводство, производственные ресурсы, вода, зависимость.

Для цитирования: Плаксин И.Е., Трифанов A.B., Плаксин С.И. Определение расхода технологической воды в зависимости от влажности навоза на свиноводческом предприятии //

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. № 3 (96). С. 257-264.

ESTIMATION OF TECHNOLOGICAL WATER CONSUMPTION AGAINST MANURE MOISTURE CONTENT AT A PIG REARING ENTERPRISE

I.E. Plaksin1; S.I. Plaksin2, Cand. Sc. (Physics and

A.V. Trifanov1, Cand. Sc.

'institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) - branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia

Технологии и технические средства механизированного производства продукции

растениеводства_

Novosibirsk State Pedagogical University, Novosibirsk, Russia

Pork production in Russia annually increases and today amounts to 3518 thousand tons in slaughter weight. Reconstruction of old large-scale pig farms and complexes and construction of the new ones, the share of which in the total production is about 84%, contributes to the output growth. This process is observed along with the decrease in production volume at small-scale pig farms, which produce no more than 16% of pig products. It may be explained by the use of inefficient technologies for pig housing and growing, high labour costs, as well as poor sanitary and hygienic conditions for animals. Regardless of the production capacity of a pig rearing enterprise, the main objective is the cost-effective production. The main factors affecting the profitability of a pig rearing enterprise are the use of science-based technical and technological solutions, efficient use of production resources, high genetic potential of animals, and personnel qualification. Animal feeding accounts for up to 70% of production costs in a pig rearing enterprise. To minimize the feed loss, technical and technological solutions for its storage, transportation and distribution were considered in numerous studies. The problem of water loss on pig farms is under-investigated yet. It may be explained by the low cost of this production resource. The excessive water use, however, incurs both direct and indirect costs, as the water entering the manure pits increases the total amount of manure, and, consequently, the cost of its utilisation. On this basis, the aim of the study was to find the relationship between the variation in the process water volume and the manure moisture content. The interpolation polynomial was constructed, which showed the dependence of changes in the technological water volume on the increase in the manure moisture content on pig rearing enterprises. A graph of the interpolation polynomial was plotted, the analysis of which showed that a sharp increase in the volume of the process water was observed after the manure moisture content had reached 93%.

Keywords: agriculture, pig rearing, production resources, water, dependence.

For citation: Plaksin I.E., Trifanov A.V., Plaksin S.I. Estimation of technological water consumption against manure moisture content at a pig rearing enterprise. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2018. 3

Введение

Свиноводство в России является одной из ведущих отраслей производства мяса. Отечественные свиноводы продолжают активно наращивать поголовье. За 2016 год Россия вышла на 5-е место по производству свинины в мире [1].

На сегодняшний день свиноводство в России переходит на промышленную основу. Доля крупных свиноферм и комплексов составляет порядка 84% от общего производства продукции, тогда как доля малых свиноводческих предприятий (ЛПХ, КФХ) ежегодно снижается и не превосходит 16% (рис.1). Тенденция на увеличение производственной мощности наметилась в последние восемь лет в связи с угрозой распространения африканской чумы свиней

259

(АЧС) и закрытия предприятий I и II компартметна [2].

2:;э 20Ю 2011 2:12 2:13 2:1^ 2:15 2:16 2:17 год :  ли

Рис. 1. Производство мяса свинины в убойном весе по категориям хозягютв, тыс. тонн

Основной задачей свиноводческого предприятия, независимо от

производственной мощности и

специализации, является организация

ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал _ИАЭП. 2018. Вып. 96_

рентабельного производства продукции. На крупных свиноводческих фермах и комплексах показатель рентабельности составляет 25-30%, который достигается за счет большой производственной мощности и применения современных наукоемких технико-технологических и планировочных решений. На мелкотоварных свиноводческих предприятиях показатель рентабельности составляет от 5 до 15 % и достигается за счет более высокой цены на производимую продукцию ввиду ее более высокого качества по сравнению с продукцией крупных свинокомплексов [3].

Рентабельность свиноводческого

предприятия зависит от многих факторов, таких как: применение современных технико-технологических и планировочных решений при проектировании и постройке предприятия, рациональное использование производственных ресурсов, содержание и выращивание животных с высоким генетическим потенциалом, использование высококвалифицированного персонала. Наиболее значимым из обозначенных факторов является рациональное

использование производственных ресурсов, таких как корма, вода, электроэнергия, затраты труда, а также земельные угодья сельхозпредприятий. На сегодняшний день 70% затрат при содержании и выращивании свиней приходится на приобретение корма. Исходя из этого проведено большое количество исследований по минимизации его потерь и разработке технико-технологических решений средств хранения, транспортировки и раздачи корма животным. Проблема потерь воды на свиноводческих предприятиях остается малоизученной, так как большинство свиноферм и комплексов в качестве источника воды используют скважины и не

приобретение. Известно, что кроме прямых затрат на приобретение воды для поения животных необходимо учитывать то, что вода, используемая не по прямому назначению, а именно, течь кормушек, игра животных и перерасход воды при мойке оборудования, попадает в навозоприемные ванны, увеличивая объем навоза, и, следовательно, затраты на его утилизацию.

Особенно остро стоит проблема потерь воды на свиноводческих предприятиях средней (от 6 до 12 тыс. голов) и большой (от 12 до 1000 тыс. голов) производственной мощности. Учитывая тенденцию ежегодного увеличения количества данного вида предприятий, обращение к изучению проблемы определения потерь

технологической воды в зависимости от увеличения влажности навоза является актуальным и своевременным. Методы исследований Целью исследования является определение зависимости изменения объема технологической воды от увеличения влажности навоза.

В основу исследований положен метод алгебраического интерполирования.

Обработка результатов исследований производилась с помощью современных средств персонального компьютера, таких как MS Word, MS Excel. Для написания программы использовался язык

программирования Pascal ABC. Результаты и обсуждение Для построения интерполяционного многочлена Лагранжа были использованы эмпирические данные зависимости влажности жидкого навоза от количества

технологической воды (табл. 1) [4].

Зависимость влажности жидкого навоза от количества добавляемой к экскрементам технологической воды

Таблица 1

Число объемов воды

0 0,2 0,5 1,0 2,0 3,0 5,0

Влажность жидкого навоза, % 88 90 92 94 96 97 98

Интерполяционный многочлен Лагранжа имеет вид [5-7]:

«м

где п - степень многочлена, х£ - табличное значение аргумента, у£ — табличное значение искомой зависимости = ОД ...,п).

Согласно эмпирическим данным, приведенным в таблице 1, п — 6, х£-влажность жидкого навоза, %, у£- число объемов технологической воды в навозе относительно контрольного объема навоза. При этом х0 — 88, хг — 90, х2 — 92, х3 — 94, х4 = 96, х5 = 97, х6 = 98, у0 =

0, у1 = 0,2, у2 = 0,5, уз = 1,0, У* = 2,0, у5 = 3,0, у б = 5,0

Подставляя приведенные значения х£иу£ в выражение (1), получаем искомый интерполяционный многочлен

Ь6

О - 88)0 - 92)0 - 94)О - 96)0 - 97)0 - 98)

' (98 - 88)(98 - 90)(98 - 92)(98 - 94)(98 - 96)(98 - 97

Преобразуя полученное выражение (2), получаем аналитическое представление искомой зависимости в виде:

I Г,Л _

11520

467х4 + 87230х3

8146180х2+380345784х—7102761408

Проверка показала, что полученный интерполяционный многочлен

удовлетворяет всем приведенным значениям таблицы , а именно, ¿6(88) =0; ¿6(90) = 0,2 ; ¿6(92) = 0,5; ¿6(94) = 1,0; ¿6(96) = 2,0; ¿6(97)=3,0; ¿6(98) = 5,0.

Полученную искомую зависимость изменения объема технологической воды от увеличения влажности навоза наглядно можно показать в виде графика

S3 ЭС 91 ЭИ ЭЗ Э5 35 37 ЭЯ

Рис. 2. График зависимости изменения объема технологической воды от увеличения влажности навоза

Отметим, что в диапазоне значений от

О/

88,01% до 88,76 Уо влажности навоза полученный интерполяционный многочлен представляет искомую зависимость неадекватно. Это можно объяснить погрешностью приборов, которыми проводили экспериментальные измерения влажности навоза. Увеличение объема технологической воды в данном диапазоне значений влажности крайне незначительно и не превышает 0,0006, поэтому им можно пренебречь.

Для удобства использования полученной зависимости на практике написана программа на языке Pascal ABC, позволяющая оперативно определять изменение объема технологической воды в

ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал _ПАЭП. 2018. Вып. 96_'

зависимости от увеличения влажности навоза в диапазоне от 88,77% до 98 %

Рис. 3. Пример использования программы для определения изменения объема технологической воды в зависимости от влажности навоза

Очевидно, что при увеличении технологической воды увеличивается количество навозной массы, что приводит к микробному и общему загрязнению

прилегающих к фермам и комплексам территорий. [8-10]

Выводы

На основе интерполирования экспериментальных данных получена функциональная зависимость изменения объема технологической воды от влажности навоза. Построен интерполяционный многочлен, представляющий указанную зависимость. Анализ полученной

зависимости показал, что резкое увеличение объема технологической воды начинается при достижении влажности навоза равной 93%. Для удобства использования полученной зависимости написана программа на языке Pascal ABC, позволяющая определить изменение объема технологической воды для любых значений влажности навоза в диапазоне от 88,77 до 98 %.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

www.nssrf.ru_

Компартментализация [Электронный ресурс] http://meatinfo.m/info/show?id=972

3. Плаксин И.Е., Трифанов A.B., Плаксин С.И. Математические модели потребления корма, воды, выхода навоза в технологическом модуле с замкнутым циклом выращивания свиней // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2017. № 92. С. 201-212.

4. РД-АПК 3.10.15.01-17 «Методические рекомендации по проектированию систем удаления, обработки, обеззараживания, хранения и утилизации навоза и помета». 2017 Росинформагротех. 160 с.

5. Березин, И.С., Жидков Н.П. Методы вычислений. - Москва: Государственное издательство физико-математической литературы, 1962. - Т. 1. - 464 с.

6. Воронина П.В., Лебедев A.C. Численные методы в задачах // учебное пособие Новосиб. гос. ун-т. Новосибирск: РИЦ НГУ, 2015. С. 4-16

7.Ващенко Г.В. вычислительная математика:

тригонометрической интерполяции // учебное пособие для студентов. Красноярск: СибГТУ, 2008. С. 14-28

8.Тропин А.Н., Трифанов A.B. Влияние расхода технологической воды для обслуживания самотечной системы навозоудаления периодического действия ванно-трубного типа на объем получаемой навозной массы // Технологии и технические

средства механизированного производства

животноводства. 2014. № 85. С. 136-141. 9.Тропин А.Н., Трифанов A.B. Обоснование выбора моечного оборудования для свиноводческих предприятий // Вклад молодых ученых в развитие науки. Сборник материалов 4 научно-практической

ВГСХА.2009. С. 255 -259

10. Плаксин И.Е., Плаксин С.П., Трифанов A.B. Определение оптимальных размеров технологических модулей для содержания свиней // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2015. №87. С. 195-201.

REFERENCES

1. Nacional'nyj Soyuz Svinovodov [National Pig Farmers Union]. Available at: www.nssrf.ru

2.Myasnaya ehnciklopediya. Kompartmentalizaciya [Meat Encyclopedia. Compartmentalisation]. Available at: http://meatinfo.ru/info/show?id=972

3. Plaksin I.E., Trifanov A.V., Plaksin S.I. Matematicheskie modeli potrebleniya korma, vody, vyhoda navoza v tekhnologicheskom module s zamknutym ciklom vyrashchivaniya svinej [Mathematical models of feed and water consumption and manure output in the technological module with the closed cycle of pig rearing]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2017. N 92: 201-212.

4. Metodicheskie rekomendacii po proektirovaniyu sistem udaleniya, obrabotki, obezzarazhivaniya, hraneniya i utilizacii navoza i pometa RD-APK 3.10.15.01-17 [Management Directive for Agro-Industrial Complex 3.10.15.01-17. Recommended Practice for Designing of Systems for Animal and Poultry Manure Removal, Treatment, Disinfection, Storage and Utilisation]. Moscow: Rosinformagrotekh, 2017: 160.

5. Berezin, I.S., Zhidkov N.P. Metody vychislenii [Calculation methods]. Moscow: Gosudarstvennoe izdatel'stvo fiziko-matematicheskoi literatury [State Publishing

house of physical and mathematic literature]. 1962. Vol.1: 464.

6. Voronina P.V., Lebedev A.S. Chislennye metody v zadachah. Uchebnoe posobie [Numerical methods to solve mathematical problems. Textbook]. Novosibirsk: RIC NGU, 2015: 4-16

7.Vashchenko G.V. Vychislitel'naya matematika: osnovy algebraicheskoj i trigonometricheskoj interpolyacii. Uchebnoe posobie dlya studentov [Computational mathematics: fundamentals of algebraic and trigonometric interpolation. Textbook for Students]. Krasnoyarsk: SibGTU, 2008: 14-28

8.Tropin A.N., Trifanov A.V. Vliyanie raskhoda tekhnologicheskoj vody dlya obsluzhivaniya samotechnoj sistemy navozoudaleniya periodicheskogo dejstviya vanno-trubnogo tipa na ob"em poluchaemoj navoznoj massy [Relevance between technological water consumption in the gravity tank-and-pipe manure removal system with a batch operation mode and the volume of produced manure]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2014. N 85: 136-141.

9.Tropin A.N., Trifanov A.V. Obosnovanie vybora moechnogo oborudovaniya dlya svinovodcheskih predpriyatij [Justification of the choice of washing equipment for pig-rearing enterprises]. Vklad molodyh uchenyh v razvitie

ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал _ИАЭП. 2018. Вып. 96_

nauki. Sbornik materialov 4 nauchno-prakticheskoj konferencii [Contribution of young scientists to science development. Proc. 4th Sci.Prac.Conf.] Velikie Luki: RIO VGSKHA 2009: 255 -259. (In Russian) 10. Plaksin I.E., Plaksin S.I., Trifanov A.V. Opredelenie optimal'nyh razmerov

tekhnologicheskih modulej dlya soderzhaniya svinej [Determination of optimal size of technological modules for pig housing]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2015. N 87: 195-201.

УДК 639.3.06 Б01 10.24411/0131-5226-2018-10082

ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ УДЕРЖАНИЯ МОДУЛЕЙ ДЛЯ ПРОМЫШЕННОЙ

АКВАКУЛЬТУРЫ

Е.А. Тихонов1, канд. техн. наук; В.И. Базыкин2

М.И. Зайцева1;

1 Петрозаводский государственный университет, Петрозаводск,Россия

2Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства(ИАЭП) -филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ ,Санкт-Петербург, Россия

В настоящее время промышленное выращивание рыбы в садках развивается в Республике Карелия, в Псковской области, а также в других регионах и странах. С увеличением объемов производства рыбы возрастает актуальность технологических, технических и биологических проблем получения экологически безопасной продукции рыбного хозяйства. В представленной работе рассматриваются технические аспекты совершенствования конструкции садкового модуля для промышленного выращивания рыбы. Цель работы - уменьшение затрат на систему удержания садкового модуля за счет снижения требуемого количества канатов и отказ от использования круглозвенных цепей. Задача, которую необходимо решить для достижения данной цели, заключается в разработке новой системы фиксации садков с учетом их взаимодействия в кластере. Для решения данной задачи использован патентный поиск и анализ сильных и слабых сторон известных технических решений садков и их систем. Разработана система удержания садкового модуля, в которой не подразумевается использование круглозвенных цепей, а натяжение системы обеспечивается балансирами. Кроме того, учет вертикальной составляющей при расчете реакции опоры якоря позволил более точно рассчитать необходимую массу якорей с учетом уменьшения силы трения и архимедовой силы.

Ключевые слова: аквакультура; садковый модуль; система удержания; динамическая система; моделирование.

Для цитирования: Тихонов Е.А., Зайцева М.И., Базыкин В.И. Обоснование системы удержания модулей для промышленной аквакультуры // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. № 3 (96). С. 264-270.