УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ НАВОЗА
DEVICE FOR REMOVING MANURE

Изобретение относится сельскому хозяйству, в частности к устройству для удаления навоза из животноводческих помещений.
Известно устройство для эвакуации навоза в книге В.П.Коваленко и И.Г.Лысых «Промышленное производство молока и свинины в Дании», издательство «Советская Кубань», г.Краснодар, 2005, с.256-261.
Устройство включает в себя навозоприемный канал, перекрытый сверху решетками, самотечный трубопровод под дном канала с тройником, сливной патрубок которого смонтирован заподлицо на дне чаши (накопителя) канала. Сливной патрубок закрывается герметичной пробкой. Чаша (накопитель) выполнена ниже дна канала и имеет размеры: 1,0×1,0×(0,1-0,2) м. Она предназначена для сбора и накопления жидкости - воды для организации процесса слива навоза. Во время слива навоза из последующего канала в предыдущую чашу наливается вода до перелива ее через сливную горловину. В этот момент сливная горловина закрывается пробкой.
Недостатками известного устройства являются необходимость контролировать процессы слива навоза в трубопровод и заполнять чаши водой. В виду небольших размеров чаши вода в ней не может предотвратить налипание навоза на дно канала, поэтому неизбежно зарастание дна каналов остаточными слоями навоза. Это приводит к недостаточному по качеству сливу навоза и в дальнейшем к использованию ручного труда для очистки каналов.
Известно устройство для удаления навоза по а.с. 1122277 кл. А01К 1/01, включающее продольный навозный канал и расположенный под ним поперечный коллектор, которые сообщаются через запорное приспособление, выполненное в виде рамы с шарнирно закрепленной на ней плитой, торцы которой и примыкающие к ним плоскости рамы расположены под углами к горизонтали, причем участки торцов плиты, расположенные перпендикулярны к несущей оси соответственно с одной и с другой сторон относительно нее, размещены попарно перпендикулярно один к другому, а ее противоположные торцы расположены параллельно. Кроме того, несущая ось размещена эксцентрично оси симметрии плиты.
Недостатками известного устройства являются громоздкость конструкции заслонки, выполненной в виде плиты, и ручное управление ею с помощью гибкой связи. Последнее заключается в принудительных подъеме и удерживании заслонки в открытом положении при сливе навоза из канала в коллектор, а также в отпускании ее в закрытое положение после слива.
Недостатками известного устройства являются необходимость контролировать процессы наполнения каналов и слива навоза в трубопровод-коллектор.
Наиболее близким аналогом является запорное устройство по а.с. 1291089 кл. А01К 1/01, установленное на дне продольного навозного канала над поперечным коллектором, включающее раму, заслонку с разновеликими сторонами относительно оси вращения ее и перекрывающие по периметру зазоры между ними, уплотнительные элементы. Уплотнительный элемент со стороны большого плеча заслонки прикреплен шарнирно к раме и снабжен приводом в виде поплавка с тросом. Под этим уплотнением предусмотрен криволинейный козырек, ответная часть которого размещена на заслонке в виде вогнутого элемента U-образной формы. Конец большого плеча заслонки плеча связан тросом с противовесом.
Открывание заслонки предусмотрено в 2 этапа: сначала поплавок поднимет шарнирный защитный элемент для открытия щели между рамой и заслонкой, через которую навоз небольшими порциями наполнит элемент U-образной формы на конце заслонки, создав момент поворота ее. После слива навоза противовес вернет заслонку в исходное закрытое положение.
Для самотечно-сливных систем удаления навоза (см. первый аналог на стр.1) данное устройство по а.с. 1291089 не приемлемо из-за того, что сливной патрубок необходимо устраивать через 8-10 м (наибольшая возможная длина каналов). При использовании в этих случаях устройства по а.с. 1291089 в животноводческих помещениях будут «леса и паутина» из тросов и противовесов, что характеризует сложность и громоздкость конструкции этого устройства.
Недостатками известного устройства являются следующее.
Сложность и громоздкость конструкции, которые объясняются изначально габаритами канала, коллектора, рамы, заслонки, шарнирных защитных козырьков, уплотнительных элементов, тросовой связи и противовесов.
Недостатками известного устройства являются необходимость контролировать процессы наполнения каналов и слива навоза в трубопровод-коллектор.
Громоздкость конструкции требует устройства больших противовесов. Для самотечных и гидросмывных систем данное устройство применяется из расчета одно на один канал длиной в 30-50 м.
Вызывает сомнение то, что механизм открытия заслонки может четко открывать ее из-за необходимости заполнения навоза в U-образный элемент для создания момента поворота заслонки. Особенно это существенно для густого навоза. Густой навоз может не заполнить U-образный элемент, и тогда не создастся поворотный момент для открытия заслонки. При жидкой консистенции навоза возможно преждевременное открывание заслонки из-за просачивания навоза через щели защитных элементов и заслонкой.
В известном устройстве противовес должен быть по массе не более массы заслонки, иначе заслонка будет закрываться еще до полного вытекания навоза и канала. В действительности к массе противовеса добавляется масса навоза в U-образной форме на конце заслонки, поскольку освобождение ее от навоза после открытия заслонки затруднено из-за геометрической формы. Но как уже говорилось выше, увеличение массы противовесов приведет к неполному опорожнению канала.
Задачей предлагаемого изобретения является автоматизация процесса удаления навоза.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для удаления навоза содержится навозоприемный канал, перекрытый решетками щелевого настила и сообщающийся с коллектором через тройник с задвижкой в виде заслонки, установленной на поворотной оси, связанной с грузом-противовесом и снабженной приводом, выполненным в виде поплавка. Поворотная ось делит заслонку на прижимную и поджимную части, при этом прижимная часть заслонки снабжена грузом-противовесом, установленным с возможностью перемещения к оси поворота заслонки, а прижимная часть заслонки связана гибкой тягой с поплавком, установленным с возможностью перемещения на вертикальной стойке, жестко закрепленной в днище канала под острым углом «α», а на наружной стороне сливного патрубка установлен ограничитель с возможностью его взаимодействия с рычагом, жестко закрепленным на оси поворота заслонки под углом «β» не более 80 градусов к горизонтальной плоскости заслонки, а по периметру края с внутренней стороны сливной горловины жестко закреплены два упора с возможностью их взаимодействия с поджимной и прижимной частями заслонки, при этом периметр каждого упора равен периметру взаимодействующей с ним соответствующей части заслонки.
Новыми существенными признаками являются следующие.
1. Поворотная ось делит заслонку на прижимную и поджимную части.
2. Прижимная часть заслонки снабжена грузом-противовесом, установленным с возможностью перемещения к оси поворота заслонки.
3. Прижимная часть заслонки связана гибкой тягой с поплавком, установленным с возможностью перемещения по стойке, жестко закрепленной в днище канала под острым углом «α».
4. На наружной стороне сливного патрубка установлен ограничитель с возможностью взаимодействия с рычагом, жестко закрепленным на оси поворота заслонки под углом «β» не более 80 градусов к горизонтальной плоскости заслонки.
5. По периметру края с внутренней стороны сливной горловины жестко закреплены два упора с возможностью их взаимодействия с поджимной и прижимной частями заслонки.
6. Периметр каждого упора равен периметру взаимодействующей с ним соответствующей части заслонки.
Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными необходимы и достаточны для достижения технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Технический результат заключается в следующем. Перемещением груза-противовеса по прижимной части заслонки к оси ее поворота можно регулировать поворотный момент заслонки и силу прижатия ее к упорам. Величина этого поворотного момента достаточна для закрытия заслонки после опорожнения канала от навоза.
Степень открытия заслонки регулируется ограничителем, установленным на наружной стороне сливного патрубка при взаимодействии с рычагом, жестко закрепленным на оси поворота заслонки под углом «β» не более 80 градусов к горизонтальной плоскости заслонки для возврата ее в положение «закрыто». Без упора заслонка «перевернется» и не сможет вернуться в положение «закрыто».
Поплавок, связанный гибкой тягой с прижимной частью заслонки, приводит в наполненном навозом канале в действие гидростатические силы для открытия заслонки и осуществление слива навоза в коллектор. Длина гибкой тяги устанавливается в зависимости от уровня заполнения канала навозом.
С учетом закона Архимеда объем поплавка должен соответствовать усилиям, больших разности действующих сил на площадях прижимной и поджимной частях заслонки. Для развития максимального момента поворота заслонки от сил поплавка предусмотрена стойка, закрепленная в днище канала под острым углом «α» для создания большего усилия при ее повороте.
На фиг.1 изображен фрагмент навозного канала с щелевым настилом и закрытой заслонкой на сливном патрубке тройника коллектора с симметричными ее частями;
на фиг.2 - то же самое, но с началом открытия заслонки и пунктиром показано открытое положение заслонки;
на фиг.3 приведены вид сверху на сливной патрубок тройника с заслонкой с симметричными ее частями в закрытом положении и с разрезом по А-А;
на фиг.4 изображен фрагмент навозного канала с щелевым настилом и закрытой заслонкой на сливном патрубке тройника коллектора с ассимметричными ее частями;
на фиг.5 изображен фрагмент навозного канала с щелевым настилом и началом открытия заслонки на сливном патрубке тройника коллектора с ассимметричными ее частями, и пунктиром показано открытое положение заслонки;
на фиг.6 приведены вид сверху на сливной патрубок тройника с заслонкой с ассимметричными ее частями в закрытом положении и с разрезом по А-А;
Устройство для удаления навоза содержит навозоприемный канал 1 с щелевым настилом 2. В днище 3 канала 1 предусмотрен сливной патрубок тройника 4 коллектора 5. На сливном патрубке тройника 4 установлена заслонка, состоящая из поджимной 6 и прижимной 7 частей заслонки, объединяемых осью 8 и втулками 9 и 10. Втулки 10 заключены в корпуса 11, которые прикреплены к сливному патрубку тройника 4 винтами 12. С одной стороны на оси 8 жестко установлен рычаг 13 под углом «β» не более 80 градусов к горизонтальной плоскости заслонки для взаимодействия с ограничителем 14, закрепленным на наружной стороне сливного патрубка тройника 4. Втулка 9 прикрепляется к оси 8 винтами 15.
Поджимная часть 6 заслонки примыкает снизу к упору 16, жестко закрепленному по внутреннему периметру края сливного патрубка тройника 4 с помощью винтов 18, а прижимная часть заслонки 7 опирается на упор 17, также жестко закрепленный по периметру края сливного патрубка тройника 4. Периметр упора 16 или 17 равен периметру взаимодействующих с ним частей 6, 7 заслонки, соответственно.
На прижимной части 7 заслонки закреплен груз-противовес 19 с помощью винтов 20 и с возможностью перемещения в пазах 21 к оси поворота 8 заслонки.
На прижимной части 7 заслонки предусмотрено ушко 22 для связи при помощи гибкой тяги 23 с поплавком 24, который имеет возможность перемещаться по стойке 25, жестко установленной под острым углом «α» в днище канала 3.
Устройство работает следующим образом.
В исходном положении канал 1 пуст, заслонка на сливном патрубке тройника 4 под действием груза-противовеса 19 своей поджимной частью 6 примыкает снизу к упору 16, а прижимная часть 7 примыкает к упору 17 сверху. Поплавок 24 находится внизу, гибкая тяга 23 не натянута. Рычаг 13 не взаимодействует с ограничителем 14.
При наполнении канала 1 навозом, который попадет в него через щели щелевого настила 2, заслонка остается закрытой, поплавок 24 поднимается вверх по стойке 25, а на заслонку действует гидростатическое давление, создающее поворотные моменты относительно оси вращения 8 заслонки.
Рассмотрим два случая.
1. Площади прижимной 6 и поджимной 7 частей заслонки одинаковы и симметричны относительно оси 8 сливного патрубка тройника 4. На них действуют силы гидростатического давления для обеих частей заслонки, равные по величине.
В приведенных ниже формулах употреблены результирующие силы, действующие на площади, соответственно, поджимной 6 и прижимной 7 частей заслонки. Точками приложения этих результирующих сил являются центры этих частей.
Тогда на поджимную часть 6 заслонки будет действовать суммарный поворотный момент
На прижимную часть 7 заслонки будет действовать поворотный момент
К этому моменту следует прибавить дополнительный момент от груза-противовеса 19
Тогда на прижимную часть 7 заслонки будет действовать поворотный момент
Величина этого поворотного момента должна быть уравновешена поворотным моментом, действующим на поджимную часть 6 заслонки
по
пр
г
пр
г
В момент заполнения канала 1 навозом поплавок 24 поднимается вверх и перемещается по стойке 25. В момент завершения наполнения канала 1 навозом поплавок 24 находится в верхнем положении, гибкая тяга 23 натянута, на поджимную часть заслонки 6 действует сила Р, на прижимную часть 7 заслонки действует сила Р и Р сила от груза-противовеса 19 (в сумме Р+P). Момент от сил поплавка 24 определяется по зависимости
1
м
Этот момент должен нарушить баланс сил, действующих на поджимную 6 и прижимную 7 части заслонки, ослабив момет М
или
по
по
м
м
пр
г
п
При нарушении равновесия момента сил равнодействующие силы на прижимной 7 и поджимной 6 частях заслонки сдвинутся от центра к внешним краям этих частей заслонки. На прижимной 6 части заслонки момент увеличится за счет увеличения плеча от L/2 до L, а на прижимной 7 части заслонки плечо воздействия гидростатических сил Р уменьшится почти до нуля, и момент от этих сил будет равен М=0. В результате на прижимную 7 часть заслонки будут действовать сила от гидростатического давления Р, смещенная к оси поворота 8 заслонки и практически равная 0 и сила Р от груза-противовеса 19, которая уменьшится на величину силы Р от поплавка 24. Тогда на поджимную часть 6 заслонки будет действовать момент
п
В результате заслонка полностью откроется (на фиг.2 показано пунктиром) и будет производиться слив навоза из канала 1 в коллектор 5. Рычаг 13 упрется в ограничитель 14. Этот ограничитель 14 не позволит опрокинуться заслонке. Слив навоза будет производиться до полного завершения. Сила Р от поплавка 24 действовать не будет, поскольку он опустится. На прижимную 7 часть заслонки будет действовать сила Рг только от груза-противовеса 19, которая больше массы поджимной части 6 заслонки. Под действием этой силы заслонка закроется: поджимная 6 часть ее прижмется снизу к упору 16, а прижимиая 7 - к упору 17.
Устройство готово к повторению цикла наполнения канала навозом и опорожнения его через сливной патрубок тройника 4 с заслонкой в автоматическом режиме.
2. Площади поджимной 6 и прижимной 7 частей заслонки неодинаковы и асимметричны относительно оси 8 сливного патрубка тройника 4.
по
пр
по
пр
по
пр
Гидростатические силы распределятся несколько по иному, чем в случае 1 (см. фиг.4, 5, 6). Они будут неодинаковыми и соответствовать силам неравенства - Р>Р. Расстояния от оси поворота 8 заслонки до точек приложения сил Р и Ртакже неодинаковые: L>L.
по
по
по
На поджимную часть 6 заслонки действует поворотный момент М от силы Р на плече L/2 относительно оси 8
пр
пр
пр
На прижимную часть 7 заслонки действует поворотный момент М от силы Р на плече L относительно оси 8
г
г
К последнему моменту следует добавить дополнительный момент от силы Ргруза -противовеса 19 на плече L относительно оси 8
Тогда на прижимную часть 7 заслонки будет действовать суммарный поворотный момент
1
пр
по
В итоге этот поворотный момент М  больше поворотного момента М, действующего на поджимную часть 6 заслонки за счет подбора груза-противовеса 19 и перемещения его по пазам 20 прижимной части 7 заслонки.
или
по
пр
г
п
п
В момент заполнения канала 1 навозом поплавок 24 находится в верхнем положении, гибкая тяга 23 натянута, на поджимную часть 6 заслонки действует сила Р, а на прижимную часть 7 заслонки действует гидростатическая сила Р, сила Рот груза-противовеса 19 и сила Р от поплавка 24. Момент от сил Р поплавка 24
нарушит баланс сил, действующих на поджимную 6 и прижимную 7 части заслонки
по
по
по
м
пр
м
п
по
по
по
Эта зависимость характеризует величину сил на начало открытия заслонки. При нарушении равновесия равнодействующие силы Рпр и Рп на поджимной 6 и прижимной 7 частях заслонки сдвинутся от центра к внешним краям этих частей заслонки. На поджимной части 6 заслонки момент М увеличится за счет увеличения плеча от L/2 до L, а на прижимной части 7 заслонки плечо воздействия гидростатических сил Р уменьшится от L/2 почти до нуля, и момент от этих сил будет равен M=0. В результате на прижимную часть 7 заслонки будут действовать моменты от сил Рг груза-противовеса 19 и от силы Р поплавка 24, которые значительно меньше момента сил Р со сдвинутой точкой приложения от L/2 до L:
п
г
В результате заслонка полностью откроется (на фиг.5 показано пунктиром), и будет производиться слив навоза из канала 1 в коллектор 5. Прижимная часть 7 заслонки через рычаг 13 упрется в ограничитель 14. Этот ограничитель 14 не позволит опрокинуться заслонке. Слив навоза будет производиться до полного завершения. Сила Р от поплавка 24 действовать не будет. На прижимную часть 7 заслонки будет действовать сила Р только от груза-противовеса 19, которая больше массы поджимной части 6 заслонки. Под действием этой силы заслонка закроется: прижимная часть 7 прижмется к упору 17, а поджимная 6 - к упору 16.
- Устройство готово к повторению цикла наполнения канала навозом и опорожнения его через сливной патрубок тройника с заслонкой в автоматическом режиме.