Результаты оптимизации параметров и режимов работы наклонного шнекового загрузчика навоза на фермах КРС

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2007. Вып. 79.

5. Полученные в результате исследований параметры использованы при разработке исходных требований на оборудование самотечно-сливной системы удаления навоза периодического действия в свинарниках.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гордеев В.В. Параметры и режимы работы универсальной самотечной системы удаления навоза из свинарников: Дисс...канд. техн. наук. - Ленинград-Пушкин, 1989.

2. Калюга В. В., Найденко В. К., Красехин И. Д., Харитонов М.Ф., Афанасьев В.И. Яблочков В. И. Основы методики определения физико-механических свойств текучих кормовых смесей и свиного навоза //Науч. тр. НИИМЭСХ Северо-Запада. - Вып. 7. - Л., 1971.

Получено 02.07.2007.

В.И. СОЛОДУН, канд. техн. наук ДА. ГВОЗДОВ

РЕЗУЛЬТАТЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ НАКЛОННОГО ШНЕКОВОГО ЗАГРУЗЧИКА НАВОЗА НА ФЕРМАХ КРС

Дан анализ состояния систем навозоудаления на фермах КРС. Приведены результаты лабораторных исследований наклонного шнекового загрузчика навоза КРС. На основе исследований получены оптимальные параметры и режимы работы загрузчика: угловой частоты вращения рабочего органа, угла наклона загрузчика в зависимости от относительной влажности транспортируемого навоза.

Одним из основных условий технического перевооружения ферм КРС является внедрение эффективного оборудования, обеспечивающего комплексную механизацию и высокую надежность выполнения технологических процессов. На фермах КРС широкое распространение находят механические системы навозоудаления. Данные системы наряду с простотой конструктивного исполнения, высокой степени

143

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

надежности обеспечивают уборку и транспортирование навоза различной относительной влажности.

В последние годы на реконструируемых фермах наметилась технология навозоудаления, заключающаяся в том, что навоз из помещений транспортируется с помощью стационарных и мобильных средств механизации в поперечный канал, из которого выгружается в приямок расположенный внутри помещения. Из приямка навоз с помощью наклонного шнекового загрузчика перегружается в мобильные транспортные средства, которые доставляют навоз в хранилище.

Опыт эксплуатации ферм показывает, что относительная влажность навоза нестабильна и колеблется в широких пределах от 80 до 90 и более процентов. Изменение относительной влажности навоза наблюдается как в течение суток, так и в различные времена года. Основными причинами колебания относительной влажности навоза являются:

- значительные сбросы воды при мойке помещений и оборудования, после доения животных;

- течь поилок из-за несвоевременного их ремонта;

- попадание в каналы навозоудаления талых и грунтовых вод;

- бессистемное внесение подстилки.

Выпускаемое промышленностью оборудование для выгрузки навоза из приямка, а именно, наклонные скребковые транспортеры типа ТСН-160, ТСН-2Б и др. обеспечивают лишь выгрузку твердого навоза и практически неработоспособны на жидком навозе. Ковшовые навозопогрузчики типа НПК-30 неэффективны при выгрузке разжиженного водой навоза и при работе на слишком густом подстилочном навозе. Для выгрузки навоза на фермах КРС наиболее эффективен наклонный загрузчик шнекового типа, обеспечивающий выполнение процесса как на густом, так и жидком навозе. Целью данной работы является обоснование оптимальных параметров и режимов работы наклонного шнековог загрузчика навоза и уточнение его конструктивной схемы. Задачи исследований является изучение влияния относительной влажности навоза, угловой частоты вращения рабочего органа и угла наклона загрузчика на его производительность.

144

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2007. Вып. 79.

Целью исследования является определение оптимальных параметров и режимов работы шнекового загрузчика и уточнение его конструкции. В качестве объекта исследования принят макет наклонного шнекового загрузчика навоза конструкции ГНУ СЗНИИМЭСХ Рос-сельхозакадемии. Исследования по оптимизации параметров загрузчика проведены на опытной базе института. В качестве исходного материала применялся навоз КРС. В процессе исследований исходный навоз разжижался водой до необходимой относительной влажности в соответствии с планом эксперимента. При исследованиях шнекового загрузчика факторами, подлежащими исследованию, являлись:

- относительная влажность транспортируемого навоза W, %;

- угловая частота вращения шнека n, об/мин;

- угол установки шнека а, град;

- производительность загрузчика Q, кг/с.

В качестве критерия оптимизации принято максимальное значение производительности:

Q^-max, кг/с.

При исследованиях независимыми контролируемыми факторами приняты W, %; n, об/мин; а, град. Уровни и интервалы варьирования приведены в табл. 1. Исследования проводятся по полному трехфакторному эксперименту.

Таблица 1

Уровни и интервалы варьирования факторов

Уровни W, % n, об/мин а, град

Верхний(+) 75 108 30

Нижний (-) 85 52 10

Основной (0) Интервал варьирова- 80 80 20

ния 5 28 10

Кодовое обозначение Х1 Х2 Х3

Общий вид шнекового загрузчика представлен на рис.1. Шнековый загрузчик навоза длиной 10 м состоит из стальной трубы диаметра 0,5 м с толщиной стенки 8 мм, внутри которой расположен шнек со сплошной навивкой из стального листа толщиной 4 мм, шаг навивки 0,4 м. Витки шнека приварены к оси, выполненной из трубы диа-

145

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

метром 0,125 м. Шнек выполнен из 4 отдельных элементов длиной 2,5 м, соединенных шарнирно между собой. Шнек конструктивно выполнен безопорным, а соединенные шарнирно элементы опираются непосредственно навивкой на внутреннюю поверхность трубы. В нижней части труба шнекового загрузчика имеет загрузочное окно длинной 1,5 м, над которым установлен бункер.

Рис. 1. Общий вид экспериментальной установки для исследований шнекового загрузчика навоза:

1 - шнековый транспортер; 2 - динамометр; 3 - электродвигатель привода; 4 - мерная емкость; 5 - механизм изменения угла наклона транспортера; 6 - угломер; 7 - загрузочный бункер; 8 - киловаттметр

146

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2007. Вып. 79.

Для профилактических работ труба шнекового загрузчика снабжена смотровыми окнами, которые закрыты откидными крышками. Привод шнека расположен в верхней части загрузчика и включает в себя редуктор, ременную передачу и электродвигатель 17 кВт. В верхней части шнекового загрузчика находится выгрузное окно, которое закрывается шибером. Для установки необходимого угла наклона к горизонту загрузчик оборудован гидравлическим подъемником, который соединен с гидроприводной станцией. Угловая частота вращения шнека регулируется с помощью сменных шкивов. Масса транспортируемого навоза загрузчиком определяется с применением мерной емкости, взвешиванием динамометром и регистрацией секундомером времени наполнения. До начала исследований проведена рандомизация опытов, предусмотренных матрицей. Число параллельных опытов равнялась трем.

Исследованиями установлено, что производительность загрузчика при различных режимах его работы и изменении относительной влажности навоза составила от 15,6 до 70,9 кг/с. Обработка экспериментальных данных выполнялась на компьютере с использованием программы STATGRAPHICS. При обработке матрицы экспериментальных данных получены коэффициенты регрессии математической модели процесса. Значимость коэффициентов регрессии определяли по критерию Стьюдента:

t =

_М_

5 \Ь, ]

где tt - критерий Стьюдента; Ь ] - рассчитанные коэффициенты регрессии; S • [Ь. ] - среднеквадратическое отклонение дисперсий

коэффициента регрессии.

Коэффициент регрессии считается значимым, если расчетное значение критерия Стьюдента превышает табличное, которое для наших условий при уровне значимости 5% соответствовало требуемому условию. С учетом этого незначимые коэффициенты модели были исключены. На основе обработки экспериментальных данных получена математическая модель исследуемого процесса:

147

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

у = 25.42 + 1.75X + 5.35Х3 + 8.07X2 + 13.49Х22 + 6.92X32 + 6.57Х3Х2 + 6.65X3X3 -

Адекватность полученной модели проверяется по критерию Фишера.

F = S

FA о 2

ad

S2 w

где F - критерий Фишера; S2d - оценка дисперсии адекватности; S 2 {у} - дисперсия параметра оптимизации.

2

Модель считается адекватной, если значения критерия Фишера больше табличного. Для условий эксперимента для уровня значимости 5%, данное условие соблюдено. Таким образом, полученная модель второго порядка адекватно описывает исследуемый процесс.

Исследованиями установлено, что на исследуемый процесс работы загрузчика в порядке убывания оказывает влияние угловая частота вращение рабочего органа Х2, взаимодействие факторов относительной влажности навоза и угла наклона шнека Х1Х3, далее Х1Х2,

Х3, Х2, Х2. Анализ математической модели (2) позволил методом двумерных сечений на компьютере по ранее упомянутой программе графическим путем определить условные экстремумы функции отклика. На рис. 2, а, 2, б и 2, в представлены графики линий уровня, полученные в результате двумерных сечений поверхности отклика, описываемых уравнением. Из графиков видно, что центр фигуры находится вблизи центра эксперимента, то есть экстремум лежит в исследуемой области, что подтверждает правильность выбора пределов варьирования переменных.

Из графиков видно, что максимальная производительность, более 24 кг/с, обеспечивается при относительной влажности навоза 80-82%, частоте вращения рабочего органа 86 об/мин. и угле наклона загрузчика к горизонту 16 град.

148

ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.

ГНУ СЗНИИМЭСХРоссельхозакадемии. 2007. Вып. 79.

52 63.2 7Ь,2 85,6 96.8 108 п.об/мин

Рис. 2. Двумерное сечение функции отклика: а - Q=f

а

б

в

149

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства.

Следует учитывать то, что полученные показатели загрузчика навоза отражают лишь условный экстремум с учетом только трех факторов, принятых при исследовании. Однако опыт эксплуатации реконструируемых ферм показывает, что на процесс выгрузки навоза оказывают существенное влияние множество факторов:

- нестабильность относительной влажности навоза как в течение суток, так и времени года, вид подстилки, нормы и периодичность ее внсения, конструктивные параметры (габариты) мобильных транспортных средств, системы содержания и возрастные группы животных и др.

Поэтому путем детального анализа полученной математической модели рекомендуются следующие параметры и режимы работы загрузчика навоза:

- при привязном подстилочном содержании животных W=75^80%, n=55^70 об/мин., а =30 град;

- при беспривязном содержании животных с минимальной нормой внесения подстилки W=82^92%, п=115Ы20 об/мин, а=30 град.

Получено 22.10.2007.

УДК 630.160.22: 621.928 А.В. ДИМИТРИЕВ

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ БАРАБАННОГО СЕПАРАТОРА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПО ПРОИЗВОДСТВУ БИОУДОБРЕНИЙ

Представлено описание линии производства гранулированных биоудобрений на основе подстилочного куриного помета и приведен экономический эффект от их применения. Даны методы расчета барабанного сепаратора

Состояние сельского хозяйства России находится далеко не в самом выгодном экономическом положении. Изношенность, истощенность и стоимость основных ресурсов вызывает беспокойство и озабоченность рентабельностью производства основных видов продукции

150