Алгоритм управления системой удаления навоза на свиноводческих предприятиях

УДК 631.223.6.018

АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ УДАЛЕНИЯ НАВОЗА НА СВИНОВОДЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

Валентин Игоревич Базыкин, науч. сотрудник Алексей Валериевич Трифанов, к. техн. н., доцент

ФГБНУ «Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства» (ИАЭП), Россия, г. Санкт-Петербург

В настоящее время для удаления навоза из помещений для содержания свиней практически повсеместно применяется самотечная система удаления навоза периодического действия ванно-трубного типа. Механические системы удаления навоза потеряли актуальность ввиду высокой металлоемкости и энергоемкости, а гидравлические - в силу большого расхода воды на удаление навоза и, соответственно, увеличения объема навозных стоков. Однако и у системы удаления навоза периодического действия ванно-трубного типа есть недостаток - достаточно высокие затраты труда - 0,15 чел.-ч. на выполнение операции подъема-опускания пробки в навозоприемной ванне для ее опорожнения.

В разработанном алгоритме управления системой удаления навоза предусматривается использование механизма подъема-опускания пробок в ваннах, который приводится в действие оператором дистанционно, на основании показаний датчиков уровня, расположенных в навозоприемных ваннах. Также подразумевается автоматическое включение системы обеспечения микроклимата для снижения концентрации вредных газов во время опорожнения ванн, вне зависимости от показаний датчиков влажности и температуры.

Это позволит создать более комфортные условия содержания для животных, ограничить влияние стрессов со стороны оператора за счет дистанционного подъема-опускания пробок и увеличить продуктивность животных. Особенно высоко воздействие стрессов на поросят-сосунов и поросят-отъемышей и в меньшей степени - на откормочное поголовье.

Также в статье обоснована целесообразность выбора размеров навозоприёмных ванн в изолированных секциях для содержания различных половозрастных групп свиней и описаны основные условия, соблюдение которых необходимо для безотказной и правильной работы системы удаления навоза.

Ключевые слова: сельское хозяйство, животноводство, свиноводство, алгоритм управления, самотечная система удаления навоза периодического действия, навозоприемная ванна, механизм.

Введение

На основании результатов исследований ученых ИАЭП и проведенных аналитических обзоров по системам управления технологическими процессами на свиноводческих предприятиях был разработан алгоритм управления самотечной

системой удаления навоза периодического действия ванно-трубного типа. Данный алгоритм является блоком алгоритма построения инновационной технологии производства свинины [1, 2].

Его применение позволяет максимально сократить затраты тру-

да на выполнение процесса удаления навоза из помещений для содержания свиней. Например, для свинофермы на 3000 свиней в год годовая экономия затрат труда составит 156 чел.-ч.

Материал и методы

Исследования проводились с использованием экспертных оценок технологических расчетов и специалистов с производства, методов проектирования, системного анализа алгоритмов управления технологическими процессами на животноводческих предприятиях.

Самотечная система удаления периодического действия ванно-трубного типа включает в себя наво-зоприемную ванну с чашей, в осно-

вании которой заподлицо смонтирован тройник, перекрывающийся пробкой и изготовленный из ПВХ (поливинилхлорида) диаметром 250-300 мм. Тройник с помощью резиновых уплотнителей соединен с трубопроводом соответствующего диаметра, по которому навоз самотеком поступает в приемный навозо-сборник [3, 7].

Продольный самотечный трубопровод имеет уклон (1=0,005) в сторону навозосборника. Трубопровод снабжен вентиляционным воздуховодом диаметром 150 мм в начале трубопровода. Трубопровод должен быть заложен ниже уровня промерзания слоя земли. Схема ван-но-трубной системы удаления навоза представлена на рисунке 1.

1 - навозоприёмный канал; 2 - решётка щелевого пола; 3 - чаша; 4 - тройник; 5 - пробка; 6 - самотечный трубопровод; 7 - гидрозатвор; 8 - воздуховод;

9 - навозосборник Рисунок 1 - Система удаления навоза ванно-трубного типа периодического действия

Недостатком данной системы удаления навоза является необходимость постоянного визуального контроля уровня навоза в ваннах и ручного подъема пробок из тройников для опорожнения ванн.

Результаты и обсуждение

Алгоритм управления системой удаления навоза из помещений для содержания свиней подразумевает выполнение ряда последовательных операций (рисунок 2).

Перед запуском работы системы в автоматическом режиме проводится проверка линий связи, работоспособности датчиков и исполнительных механизмов. При положительном результате проверки осуществляется контроль уровня навоза в навозоприёмных ваннах с помощью датчиков уровня. В противном случае оператор получает сигнал, свидетельствующий о неисправности или некорректной работе проверяемых объектов. При уровне навоза в ваннах ниже максимального (на котором расположены датчики уровня) система управления с определенной периодичностью продолжает опрашивать датчики уровня на предмет наполнения ванн.

При получении сигнала с датчиков о наполнении ванн до необходимого уровня оптимизируются режимы работы системы. Под оптимизацией подразумевается правильная последовательность приведения в действие механизмов поднятия пробок из навозоприемных ванн, которая зависит от места расположения ванны и планировочного решения производственного здания, а также

продолжительность приведения в действие механизмов подъема пробок из ванн, которая зависит от их объема.

Под навозоприемными ваннами проложен продольный коллектор, состоящий из пластиковых канализационных труб диаметром 250-300 мм. В начале каждого продольного коллектора имеется воздушный клапан, который предохраняет систему от воздушных пробок и позволяет проводить последовательное опорожнение навозонакопи-тельных ванн. Уклон продольных трубопроводов составляет i = 0,005.

Работа самотечной системы удаления навоза периодического действия ванно-трубного типа основана на накоплении в навозосборной ванне объема навоза, равного эффективному объему ванны, и залповом его выпуске.

После заполнения наиболее удаленной от навозоприемника ванны железным крюком поднимают пробку тройника системы эвакуации навоза. К удалению навоза из последующей ванны приступают только после полного опорожнения предыдущей. Одновременно опорожнять несколько ванн не следует. Не рекомендуется прерывать эвакуацию навоза из ванн, перекрывая частично или полностью входные отверстия тройников, во время опорожнения ванн включают в работу вентиляционные установки. Необходимо также следить за чистотой вытяжных воздуховодов, поскольку их надлежащее состояние обеспечивает ускоренную эвакуацию навоза.

] [роверы .нанЕЕЁЁ сня т, работоснособЕюст датчиков. лсполнитсльпы-ч мсханиишв

Проверка уровня Е1ампа в ндвочоприсмных ваннах

-тг-

__л1л

Урокнь ^ 1Ш1Х -

1 да Алгоритм

Опгимшашсх рСЧЛИЕОЕ работы утуптипн шпрюшшш

*

Иривисннс а действие мси.ни1мв щдьаш пробок для

убиения илы'и и 5 п-г о количества ваЕ1Е1 *

Удзленнг вшиа спшшш п,-он ванны _т_

Опрос датчика уровнх ни предмет ^ опорожнения п,-п¡"| ej.hiii.-i

т

Закрытие пробки еьзвсэоптжгмнон ц-ом ванны

Опрос датчика уровня в приемном ыаеоюсооринкс

Рисунок 2 - Алгоритм управления системой удаления навоза на свиноводческих предприятиях

Необходимо обосновать целесообразность выбора размеров наво-зоприёмных ванн. Максимальный суточный выход навоза на ферме, несомненно, будет в изолированных секциях для откорма свиней.

Тогда полезная ёмкость наво-зоприёмной ванны должна удовлетворять условию:

.навозосб.—'Умакс.нав.ван.—'Унав^

где Упр.навозосб - ёмкость приёмного навозосборника, м3;

Умакснавван. - ёмкость ванны, при

полезной глубине 0,4 м (на высоте 0,4 м в каждой ванне предусмотрен вытяжной канал), м ;

Унав. - объём выхода навоза на откорме за 14 дней, м3 (продолжительность накопления навоза в ваннах в течение 14 дней принята из санитарных соображений).

Выход навоза на откорме за 14 дней определяется следующим образом:

0нав.14дн.отк. 14xNотк.с.XQlотк.с.,

где Коткс. - количество откормочных свиней в станке, гол.;

01откс. - норма выхода навоза в сутки от одной откормочной свиньи, кг.

Далее определим объём навоза за 14 дней:

Унав= 0нав.14дн.отк/рш

где рн - плотность свиного навоза, кг/м3 (рн=1020 кг/м3).

Теперь определим полезный объём навозоприёмной ванны для свиней на откорме:

Умакс.нав.ван. = 1хЬхИ,

где 1, Ь, И - длина, ширина и высота ванны соответственно, м.

Одним из основных условий эффективной и безотказной работы самотечной системы удаления навоза периодического действия ванно-трубного типа является герметичность.

В процессе удаления навоза из ванны системой управления постоянно опрашивается датчик нижнего уровня, установленный в ванне. Как только он сигнализирует о ее опорожнении, механизм опускает пробку п ванны в тройник и при необходимости система начинает спуск навоза в следующей ванне в соответствии с оптимизацией режимов работы системы. На случай выхода из строя датчика нижнего уровня или при полном погружении его в остаточном слое навоза для удаления навоза из ванн устанавливается таймер на продолжительность приведения в действие механизма поднятия пробок.

гг г Т

расч — факт,

где Трасч - расчетное время, необходимое для полного удаления навоза из П1 ванны, мин;

Тфакт - фактическое время приведения в действие механизма поднятия пробки в П1 ванне, мин.

Выполнение этих условий крайне важно для длительной эксплуатации и правильной работы системы удаления навоза.

Параллельно процессу удаления навоза из ванн системой осуществляется опрос датчиков уровня в приемном навозосборнике для избегания его переполнения. При превышении допустимого уровня навоза система подает сигнал и включается насос, который перекачивает навоз из навозосборника в навозохранилище для дальнейшего его выдерживания и обеззараживания. Насос откачивает навоз до тех пор, пока не сработает датчик нижнего уровня в навозосборнике, затем он выключается.

С целью предотвращения расслоения навозных стоков на фракции и выпадения осадка в навозо-сборнике необходимо устанавливать устройства для перемешивания. Данные устройства могут быть смонтированы стационарно в резервуаре или же быть переносными. Для перемешивания навозных стоков в резервуаре насосной станции применяются погружные насосы или специализированные мешалки - гомогенизаторы.

На данном этапе датчики уровня, установленные в навозопри-емных ваннах, будут передавать сигнал о заполнении навозом оператору, и он в ручном режиме будет дистанционно приводить в действие механизм подъема пробок в ваннах. Последовательность опорожнения при условии одновременного заполнения нескольких ванн будет определена оператором в соответствии с установленным регламентом эксплуатации системы удаления навоза.

В настоящей статье не рассматриваются конструктивные особенности предлагаемого технического решения с целью защиты интеллектуальной собственности.

Выводы

Разработанный алгоритм позволит оптимизировать процесс удаления навоза из свиноводческих помещений и производить его в полуавтоматическом режиме. Оператор должен будет лишь дистанционно привести в действие механизм поднятия пробок на основании данных, полученных с помощью датчиков уровня, установленных в ваннах и сигнализирующих об уровне их заполнения навозом.

Одновременно с процессом удаления навоза из ванн алгоритмом предусмотрено принудительное включение системы вентиляции для удаления вредных газов образующихся в процессе опорожнения ванн. Это позволит создать более комфортные условия для содержания животных и повысить их продуктивность за счет обеспечения оптимальных параметров микроклимата и исключения воздействия стрессов, вызванных нахождением оператора в станках при ручном подъеме пробок из ванн.

Максимальной продуктивности животных можно достигнуть синтезом бесстрессовых технологий воспроизводства, выращивания и откорма свиней и автоматизированных алгоритмов управления технологическими процессами, в частности удаления навоза [4-6].

Библиографический список

1. Базыкин В.И. Автоматизированное проектирование свиноводческих предприятий / В.И. Базыкин, А.В. Трифанов // Вестник ВНИИМЖ. - 2015. - №4(20). - С.195-200.

2. Базыкин В.И. Алгоритм построения инновационной технологии производства свинины / В.И. Базыкин, А.В. Трифанов // Известия Великолукской государственной сельскохозяйственной академии. - 2015. - №3. - С.16-20.

3. Базыкин В.И. Анализ технологии и результаты опытно-производственной оценки са-мотечно-сливной ванно-трубной системы удаления навоза периодического действия в ООО «Животноводческий комплекс Бор» / В.И. Базыкин, А.В. Трифанов, А.Н. Тропин // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2011. - №22. - С.362-367.

4. Графическое и математическое моделирование пятифазной бесстрессовой технологии воспроизводства, выращивания и откорма свиней / В.В. Калюга, В.И. Базыкин, Е.А. Тихонов и др.// Resourcesand Technology. - 2014. - Т.11, №1. - С.66-76.

5. Калюга В.В. Малая свиноферма с бесстрессовым способом содержания свиней / В.В. Калюга, А.В. Трифанов, В.И. Базыкин // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. - СПб.: ГНУСЗНИИМЭСХ. - 2012. - №83. - С.111-121.

6. Калюга В.В. Результаты исследования пятифазной бесстрессовой технологии воспроизводства, выращивания и откорма свиней / В.В. Калюга, В.И. Базыкин // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. - СПб.: ГНУ СЗНИИМЭСХ. - 2014. - №85. - С.100-108.

7. Тропин А.Н. Обоснование конструктивных параметров самотечной системы удаления бесподстилочного навоза периодического действия ванно-трубного типа / А.Н. Тропин, А.В. Трифанов, В.И Базыкин // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2011. - №25. - С.238-241.

E-mail: valentin-bazykin@mail.ru

196625 Санкт-Петербург, пос. Тярлево, Фильтровское ш., д. 3, ФГБНУ «Институт аг-роинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства» Тел.: +7 (812) 476-86-02