Расчет ПТЛ уборки навоза и его переработки

Реферат

1. Исходные данные для проектирования ПТЛ уборки

и утилизации навоза

При выполнении курсового проекта в задании на проектирование указывают основные исходные данные: специализацию и поголовье животноводческого или птицеводческого предприятия, его месторасположение, количество помещений и их объемно-планировочные решения, технологию содержания животных и птицы, наличие водных и энергетических ресурсов, вид подстилки и обеспеченность ею.

При дипломном проектировании исходные данные принимают реальными для конкретного хозяйства и проектируемого предприятия.

Выбор способа и технических средств уборки, удаления и утилизации навоза в основном зависит от его физико-механических свойств, которые определяются способом содержания животных и птицы, видом и количеством применяемой подстилки.

Навоз представляет собой сложную многофазную систему, состоящую из твердых, жидких и газообразных веществ. Основное влияние на свойства навоза оказывает влажность. На фермах КРС при беспривязном содержании на глубокой подстилке и привязном содержании на обильной подстилке (2 - 6 кг/гол.) получают твердый (подстилочный) навоз влажностью до 81%.

При привязном содержании с ограниченной подстилкой (до 2кг/гол.) и при беспривязно-боксовом содержании с механическими средствами уборки получают полужидкий навоз влажностью 81 – 87%. При беспривязно-боксовом содержании на щелевых полах и уборкой навоза гидравлическим способом получают жидкий (бесподстилочный) навоз влажностью 88% и более (табл.).

На свиноводческих фермах получают только жидкий навоз, так как смесь экскрементов свиней без добавления воды имеет влажность 88 – 90%.

Большинство показателей, характеризующих физико-механические свойства навоза, зависят от его влажности и объемной массы (табл. 1 ).

Таблица 1 - Влажность объемной массы навоза

Навоз	Относительная влажность, %	Объемная масса, кг/м
Навоз КРС
- твердый	75 -81	530 – 890
- полужидкий	81 - 87	900 – 1010
- жидкий	88 - 95	1010 - 1020
Свиной
- подстилочный	87 - 88	600 – 900
- бесподстилочный	88 - 90	1050 – 1070
Овечий	74 - 75	1010 - 1020
Птичий помет
- куры	73 - 75	700 – 1005
- утки, гуси	83 - 85	800 - 1005

При расчетах машин для уборки навоза необходимо знать коэффициенты трения скольжения, покоя и липкости, значения которых зависят от многих факторов, и прежде всего от влажности. Влажность навоза, при которой коэффициент трения скольжения принимает свое максимальное значение, называют критической. Так, при движении бесподстилочного навоза крупного рогатого скота по стали, бетону и доске из сосны критическая влажность соответственно составляет 64,4; 67,6 и 60,4%, а коэффициент трения – 0,9; 1,04; и 1,02; при движении навоза с соломенной подстилкой при тех же условиях – соответственно 71,4; 73,4 и 72,8%, а коэффициент трения – 0,67; 0,68 и 0,77. При механизированной уборке навоза необходимо обеспечить влажность навоза выше критического значения.

Значения коэффициентов трения покоя больше коэффициентов трения скольжения экскрементов на 30 - 40%, соломистого навоза на 15 – 30 и торфяного – на 5 – 15%.

Жидкий навоз влажностью 86 – 92% способен перемещаться самотеком по каналам на определенные расстояния за счет своих вязкопластичных свойств. На этой основе созданы самотечно-сплавные системы удаления навоза из животноводческих помещений.

Содержание питательных веществ в навозе зависит от качества корма, количества применяемой подстилки и других условий содержания скота и птицы. Лучшей подстилкой является солома озимых культур и торф.

Нормы внесения подстилки приведены в таблице.

Таблица 2 - Нормы расхода подстилки для разных видов животных

Виды животных	Расход подстилки на голову в сутки, кг
	Сухой соломы	Сухого торфа	Опилок
Беспривязное содержание КРС:
- коровы	0,5 – 0,6	3,0 – 6,0	3,0 – 4,0
- молодняк старше года	0,5 – 5,0	2,0 – 4,0	1,5 – 3,0
Привязное содержание КРС:
- коровы	2,5 – 3,0	2,0 – 3,0	2,0 – 3,0
- молодняк старше года	1,5 – 2,0	1,2 – 2,0	1,0 – 1,5
- молодняк до года	1,2 – 1,8	1,0 – 1,5	-
Свиньи	1,0 – 2,0	1,5 – 2,0	2,5 – 3,0
Овцы и козы	0,3 – 0,5	-	1,5 – 2,0
Птица	0,05 – 0,1	1,5 – 3,0	1,2 – 2,5
Лошади	3,0 – 5,0	4,0 – 6,0	2,5 – 3,5

При бесподстилочном содержании животных и использования гидравлических систем удаления навоза из помещений в навоз всегда добавляется вода.

Таблица 3 - Норма расхода воды при различных способах уборки навоза

Способ уборки навоза	Расход воды на 1 голову, л/сут.
	КРС	Свиньи
Прямой гидросмыв	40 - 50	15 – 20
Рециркуляционная система	15 - 20	5 – 8
Отстойно-лотковая система	10 - 15	4 – 6
Самотечная система	5 - 10	2 - 4

Суточный выход экскрементов составляет примерно 6 – 10% от массы животного, при этом на долю кала приходится 40 – 45% от общего выхода экскрементов. При использовании многокомпонентных полнорациональных кормовых смесей выход навоза увеличивается на 30%.

Суточный выход экскрементов показан в таблице 4.

В состав навоза входят экскременты, подстилочный материал и добавляемая вода. Поэтому свойства навоза, поступающего от животноводческих помещений, значительно отличаются от свойств экскрементов.

Таблица 4 -Суточный выход экскрементов

Вид животных	Экскременты, кг/гол.	Подстилка, кг/гол.
	Твердая фракция	Жидкая фракция	солома	торф
Коровы	35 - 40	20	2 - 6	6 – 8
Нетели	20 - 25	7	2 - 5	4 – 6
Телята	5 - 10	2	2 - 4	3 – 5
Лошади	15 - 20	4 - 6	3 - 5	4 – 6
Овцы	1,5 – 2,5	0,6 - 1	0,5 - 1	0,8 – 1
Свиньи на откорме	4 - 6	4	2 - 3	3 – 4
Свиноматки с приплодом	6 - 9	8,0	5 - 6	6 – 8
Поросята-отъемыши	1,2 – 2,5	0,8	1 – 1,5	1 – 2
Куры:
- яичные	190	-
- мясные	300	-
Гуси	600	-
Утки	450	-
Индейки	450	-

Технология и технические средства для уборки,

удаления и утилизации навоза.

При скоплении навоза и жижи в животноводческом помещении выделяется большое количество аммиака и создаются благоприятные условия для размножения и сохранения вредных микроорганизмов. Это неудовлетворительно сказывается на состоянии и продуктивности скота, что указывает на необходимость своевременного удаления навоза из помещений и дальнейшей его переработки для использования на полях в качестве удобрения с соблюдением требований охраны окружающей среды от загрязнений.

В зависимости от конкретных условий применяют следующие технологии удаления и обработки навоза:

1) сбор, удаление, хранение, выдержка в буртах и внесение в почву твердого подстилочного навоза;

2) сбор, удаление жидкого бесподстилочного навоза с приготовлением, хранением и внесением в почву твердого компоста, полученного с использованием торфа, резанной соломы, опилок, других компостируемых материалов и минеральных удобрений;

3) Сбор и удаление жидкого бесподстилосного навоза с соответствующей обработкой, хранением и внесением его в почву в жидком виде;

4) сбор и удаление бесподстилочного навоза с разделением его на твердую и жидкую фракции с соответствующей обработкой, последующим хранением и внесением каждой фракции в почву раздельно (раздельный способ утилизации).

В общем случае технологический процесс уборки навоза из животноводческих помещений, транспортировки его к местам обработки и хранения с последующим внесением в почву можно представить следующими операциями: доставка и распределение подстилки; уборка помещений, включающая очистку стойл, станка, клеток и др.; транспортировка в промежуточные емкости-накопители; погрузка в транспортные средства; транспортировка к местам разгрузки и временного хранения ( в навозохранилище, на площадку компостирования); обработка навоза с целью приготовления высокоэффективного органического удобрения; погрузка и транспортировка навоза в поле и внесение его в почву.

В соответствии с технологией и квалификацией навозоуборочных средств выбираются технические средства для очистки мест скопления навоза (помета) в помещении, удаления, транспортировки и обработки его с целью последующей утилизации.

На животноводческих фермах и комплексах нашли применение механический и гидравлический способы удаления навоза.

Механический способ включает в следующие технические средства для удаления навоза: наземные и подвесные рельсовые дороги (вагонетки) и безрельсовые ручные тележки; транспортеры скребковые навозоуборочные ТСН) непрерывного кругового и возвратно-поступательного движения; мобильные навозоуборочные средства, состоящие из навесных устройств на тракторах и самоходных шасси; шнековые и винтовые конвейеры.

Наземные и подвесные рельсовые вагонетки, безрельсовые ручные тележки используют для удаления навоза в старых нетиповых животноводческих помещениях.

Транспортеры скребковые навозоуборочные непрерывного кругового движения ТСН-2,0Б; ТСН-3,0Б; ТСН-160А и ТСНВ-1; ТСНВ-3 (Волковысский завод литейного оборудования, Республика Беларусь) обеспечивают качественную ежедневную уборку твердого навоза или помета из помещений и погрузку их в транспортные средства.

Скреперные установки типа «Дельта-скребок», «Короб», «Стрела», «Лопатка», «Каретка» используют для удаления полужидкого навоза. Выпускаются канатно-скреперные установки для ферм КРС – УС-15, УС-Ф-170, УС-Ф-250, УС-10, ТС-1ПР, ТС-1ПП; для свиноводческих ферм – УС-12, УСН-12, ТС-1ПР, ТС-1ПП.

Мобильные навозоуборочные средства используют для удаления твердого навоза из помещений с беспривязным содержанием на глубокой или частосменяемой подстилке, с выгульно-кормовых дворов и площадок. К ним относятся агрегаты мобильные навозоуборочные АМН-Ф-20, бульдозерные навески БН-1, БСН-1,5, бульдозерные щетки, погрузчики – бульдозеры ПФП-1,2,ПБ-35, самопогрузчики СУ-Ф-0,4, погрузчики-экскаваторы ПЭ-0,8А, ПЭА-Ф1 и бульдозеры общего назначения.

Шнековые и винтовые конвейеры КВ-Ф-40, КШ-40 обеспечивают удаление навоза из помещений ферм КРС при привязном содержании. В комплект конвейера входят шнеки продольные длиной 70м, шнек поперечный – 20м, установка для транспортирования навоза в навозохранилище.

Для уборки навоза на фермах крупного рогатого скота при беспривязно-боксовом и комбибоксовом содержании из двух открытых продольных каналов шириной 1,8 – 3м и глубиной 0,2м применяют скреперные установки УС-15, УС-Ф-170, УС-Ф-250. Установки УС-Ф-170 и УС-Ф-250 имеют по четыре рабочих органа.

Для уборки навоза на свиноводческих фермах из продольных каналов применяют скреперные установки типа «Стрела» УС-12 и ТС-2ПР со скребками типа «Каретка», из поперечных каналов – УСП-12 и ТС-1ПП.

Скреперная установка не травмирует животных, так как скорость рабочих органов мала (2,4 м/мин), но в то же время не дает животным лежать в проходе. Установка может убирать жидкий и полужидкий навоз с останками кормов и подстилкой, обеспечивая чистоту навозных проходов. Установка скреперная УС-!» предназначена для уборки бесподстилочного навоза из-под щелевых полов в продольных каналах шириной 800мм, глубиной 800мм или шириной 900мм при глубине 400мм в свиноводческих помещениях. Длина контура 200м, скорость движения скреперов 0,25м/, мощность привода 3кВт.

Установка скреперная (поперечная) УСП-12 предназначена для транспортировки навоза в поперечных навозных каналах глубиной 1м и шириной 0,82м на свиноводческих фермах. Длина контура 480м, скорость движении скреперов 0,2 – 0,3м/, мощность привода 5,5 кВт.

Скреперные установки, работающие в продольных каналах, удаляют навоз в течение 18 – 20 ч. В сутки, а установки УС-10 и ТС-1ПП включаются в работу шесть раз по 20 – 60 мин. За каждую уборку.

Агрегат мобильный навозоуборочный АМН-Ф-20 и самопогрузчик универсальный СУ-Ф-0,4, бульдозерная навеска БН-1В предназначены для удаления навоза из помещений с беспривязным содержанием на глубокой или часто сменяемой подстилке, с выгульно-кормовых дворов и площадок, имеющих твердое покрытие.

Гидравлический способ обеспечивает удаление жидкого навоза на свиноводческих фермах, фермах крупного рогатого скота при беспривязно-боксовом содержании на щелевых полах. Различают четыре основные системы гидравлического удаления навоза: смывная, лотково-отстойная (шиберная), самотечная и рециркуляционная.

Гидравлическая система состоит из продольных навозоприемных каналов 1, поперечного (магистрального) канала 2, отстойника 3, навозосборника с насосной станцией 4 и наружной канализационной сети 5. Навозоприемные продольные каналы служат для приема навозной массы из стойл, станков и проходов. Размещают их в зоне наибольшей дефекации животных и перекрывают сверху щелевым полом (решетками). Магистральный канал служит для самотечной транспортировки навоза от приемных каналов к навозосборнику. Гидравлический уклон каналов должен быть не менее 0,01 в сторону транспортирования навоза.

1-продольный навозоприемный канал ; 2- поперечный канал ;3- отстойник ;4- навозосборник с насосной станцией ;5- навозопровод ;6- навозохранилище

Рисунок 1- Схема гидравлического способа удаления навоза :

При смывной системе жидкий навоз удаляется из заглубленных каналов струей воды двумя способами: прямым смывом с использованием смывных насадок или брандспойтов и при помощи смывных бачков.

Отличительная особенность отстойно-лотковой системы – наличие в навозоприемном канале одного или нескольких шиберов, обусловливающих накопление (7 – 14 дней) и периодическое удаление навозной массы за пределы животноводческого помещения.

Самотечная система работает при непрерывном удалении навоза из помещения по мере его поступления в навозоприемный канал. Каналы выполняют такими же, как и в отстойно-лотковой системе с шибером, но в конце канала дополнительно устраивают порожек высотой 120 – 150мм, который поддерживает постоянный слой жидкости на дне.

Перед пуском системы в навозоприемные каналы наливают воду до уровня порожка и перекрывают канал шибером. Экскременты животных, проваливаясь сквозь решетки, накапливаются в канале. После заполнения канала (не менее через 14 дней) открывают шибер и выпускают навоз. Оставшийся слой образует наклонную поверхность, уклон которой в сторону движения массы оставляет 0,01 – 0,02 (1 – 2см на 1м длины канала).

По мере поступления экскрементов в канал масса переливается через порожек . Система работает непрерывно в течение всего цикла выращивания или откорма скота.

Рециркуляционная система предусматривает ежедневный смыв поступающих в канал экскрементов жидкой фракцией навоза, подаваемой насосом из навозосборника ко всем продольным навозоприемным каналам. Навозная жижа должна быть осветленной, дезодорированной и обеззараженной.

Для транспортирования твердого навоза применяют транспортные самосвальные прицепы грузоподъемностью от 4 до 12т (1ПТС-4М, 2ПТС-4М-785А и др.), бульдозеры, скреперные установки УС-10, ТС-1ПП, УСП-12, заглубленные скребковые транспортеры ТСН.

Жидкий и полужидкий навоз транспортируют конвейером навозоуборочным поперечным КНП-10, установками УТН-10А, УТН-Ф-20, ОДК-35; шнековыми, поршневыми и центробежными насосами; вакуумированными цистернами-разбрасывателями РЖТ-4, РЖТ-8, РЖТ-16, МЖТ-8,МЖТ-11, МЖТ-16; полуприцепами ПСТ-6 и ПЖ-2,5.

Установка для транспортирования навоза УТН-10 предназначена для перекачивания навоза по трубопроводу от животноводческих помещений в навозохранилище. Установка работает в автоматическом режиме. Подача насоса составляет 10 т/ч, расстояние транспортировки до 150м, диаметр цилиндра 395мм, ход поршня 630мм. Продолжительность одного цикла 26с. За один ход поршня в навозохранилище подается 55 – 75кг навоза.

Кузовной самосвальный полуприцеп ПСТ-6 предназначен для транспортировки и саморазгрузки навоза любой влажности, а так же торфа и торфокомпостных смесей. Состоит из самосвального кузова грузоподъемностью 7т, установленного на одноосном шасси. Подъем кузова на 87 осуществляется двумя гидроцилиндрами. Агрегатируется с трактором типа «Беларусь». Изготовитель в Республике Беларусь – «Бобруйскагромаш».

Полуприцеп для жидких грузов ПЖ-2,5 предназначен для самозагрузки и транспортирования жидкого навоза. Представляет собой цистерну емкостью 2550л, насос для самозагрузки, напорный трубопровод и сливной рукав. Глубина забора при самозагрузке 2,5м, Изготовитель – «Бобруйскагромаш» (РБ).

Для перекачивания жидкого и полужидкого навоза из навозосборников и навозохранилищ в транспортные средства или транспортирования по трубопроводу применяют центробежные насосы 4ФВ-5М, 3Ф-12, 5Ф-6, 5Ф-6, 5Ф-12,ЦМФ-160-10, НЦИ-Ф-100; шнековые насосы НШ-50-I (стационарный) и НШ-50-II (мобильный); насосы для жидкого навоза НЖН-200 и НЖНВ-100, НЖНВ-200М, НЖНВ-300 (изготовитель – Волковысский завод литейного оборудования, Республика Беларусь).

Насос шнековый НШ-50 предназначен для перекачивания жидкого и полужидкого навоза влажностью 75 -98% из емкостей в транспортные средства или транспортирования навоза по трубам диаметром не менее 150мм.

Насосы для жидкого навоза серии НЖН предназначены для перекачивания жидкого или полужидкого навоза из навозохранилищь и навозосборников в транспортные средства или для транспортирования по трубопроводам от помещений в навозохранилище. Техническая характеристика насосов приведена в приложении 15.

Технология и выбор средств переработки и обеззараживания навоза зависит от вида и свойств навоза.

Обработка твердого навоза. Самым древним и распространенным способом использование твердого, или подстилочного, навоза является применение его без какой-либо дополнительной обработки в качестве удобрения. Для обеззараживания подстилочного навоза рекомендуется биотермический способ, который происходит в процессе хранения его в штабелях массой 100 – 200т,укрытых с боков и сверху слоем земли.

Обработка жидкого навоза. Одним из способов использования жидкого навоза является компостирование его с торфом, соломой и минеральными удобрениями в специальных цехах или на открытых площадках и в навозохранилищах.

На 1т навоза при компостировании добавляют 600 – 700кг торфа и 4 – 20кг минеральных удобрений.

Готовые компосты 100 – 200т укладывают в штабеля, покрывают слоем земли в 15 – 20см и обеззараживают за счет самосогревания компоста биотермическим способом.

Переработка жидкого навоза. На практике для использования жидкого навоза применяют два основных способа переработки: компостирование и разделение на твердую и жидкую фракции с последующим использованием их в отдельности.

При разделении жидкого навоза на фракции применяются: естественное его разделение под действием гравитационных сил и механическое разделение.

Естественное разделение навоза осуществляется в вертикальных и горизонтальных отстойниках.

Механическое разделение навоза на жидкую и твердую фракции осуществляется на специальных фильтрах и осадительных машинах.

К фильтрующим машинам и аппаратам относятся: вибросита, виброгрохоты, и пресс-фильтры. Полученная при разделении твердая фракция навоза влажностью 65 – 70% используется на удобрение. К фильтрующим машинам относятся: сито дуговое СД-Ф-50, отделитель механических включений ОМВ-200, виброгрохоты горизонтальные

инерционные ГИЛ-32 и ГИЛ-52, грохот барабанный ГБН-100,

горизонтальный отстойник ООС-25.

Оборудование для обезвоживания твердой фракции навоза. Для дополнительного обезвоживания твердой фракции после фильтрующих машин применяют бункер-дозатор КПС-108.60.03 и шнековые фильтр-прессы ПНЖ-68, а для обезвоживания осадков первичных отстойников и избыточного активного ила – осадительную центрифугу ОГШ-502К4

Обеззараживание бесподстилочного навоза. Для обеззараживания бесподстилочного (жидкого) навоза применяют химический, биотермический, термический, биологический (анаэробный и аэробный) способы.

Химический способ обеззараживания жидкого навоза до разделения его на фракции осуществляется жидким аммиаком (30кг на 1м массы) и выдержкой 5 суток; формальдегидом (на 1м навоза 7,5л формалина с содержанием 38% формальдегида,72ч); Хлорной известью (1кг извести на каждые 20л жижи при сибирской язве и других споровых инфекциях и 0,5кг извести на каждые 20л жижи при неспорообразующих и вирусных инфекциях).

Термический способ осуществляется за счет нагрева навоза до температуры 95С. На крупных свиноводческих комплексах жидкий навоз обеззараживают на пароструйных установках при температуре 110 - 120С, давлении 0,2МПа и выдержке 10мин.

Биологический способ. Наиболее совершенными являются два варианта этого способа – анаэробный (без доступа воздуха) и аэробный (с доступом кислорода).

Перспективным направлением анаэробного способа обеззараживания жидкого навоза является метановое сбраживание навоза в метантанках. При этом из каждой тонны навоза выделяется 50м биогаза (60 – 65% метана и 35 – 40% углекислого газа).

Сбраживание происходит без доступа воздуха и света при температуре 50 - 55С в метантанках с подогревом навозной массы водой или паром.

3. Расчет ПТЛ уборки навоза

В данном разделе необходимо определить в зависимости от способа уборки навоза на проектируемой ферме производительность линии, количество навозоуборочных средств и необходимую емкость навозохранилища.

3.1. Суточный выход навоза от одного животного определяется по формуле :

qсут = qт + qж + qn , (6 .1 )

где: qт – суточный выход твердой фракции, кг;

qж - суточный выход жидкой фракции, кг;

qn – суточная нома подстилки, кг.

При гидравлическом способе уборки навоза необходимо учесть количество добавляемой воды qв

Суточный выход навоза на ферме:

Qсут = qсут ·m , ( 2 )

где: m – количество животных на ферме, голов.

Годовой выход Qгод навоза определяют :

Qгод = Qсут · m · D · 10-3 , т ( 3 )

Qгод = (qт + qж + qn + qв) · m · D · 10-3 , т ( 4 )

где: m – количество животных на ферме, голов;

D – число дней накопления навоза.

5.3.4. Производительность линии уборки навоза определяется :

= , т / ч ( 5 )

где: Т – время работы линии, ч;

Тц – продолжительность одного цикла уборки, ч;

k – кратность уборки навоза в сутки k = 2…6, но обязательно перед каждой дойкой.

Количество навозоуборочных средств высчитывают :

( 6 )

где: W – производительность выбранной машины, т/ч .

Принимается по характеристике (приложение 15).

При уборке навоза скребковыми транспортерами определяют количество навоза, которое необходимо убрать за сутки из помещения одним транспортером :

Gтр = qсут · m, ( 7 )

где: m - количество животных, обслуживаемых одним транспортером.

Необходимая производительность транспортера:

, ( 8 )

где: Тц – продолжительность одного цикла уборки навоза. Рекомендуется Тц = 0,3…0,5ч .

K – кратность уборки навоза в сутки.

Теоретическая подача транспортера :

Qтр = 3,6 · b · h · · · , ( 9 )

где : b – ширина канала, м ;

h – высота скребка, м ;

- объемная масса навоза, кг/м;

- скорость движения транспортера, м/с.

Рекомендуется принимать = 0,15…2м/с .

- коэффициент заполнения канала ( = 0,45…0,65) .

Расчет скребковых транспортеров непрерывного кругового движения сводится к определению подачи и тягового сопротивления, необходимого для подбора мощности электродвигателя.

Фактическая подача транспортера определяется по формуле:

(10)

где : Gсут – суточный выход навоза, кг;

Т – общее время работы транспортера, ч;

5.3.10. Общее время работы транспортера зависит от числа включений (куб) и времени (Тц) цикла уборки:

Т = куб · Тц , (5.11 )

где: куб – число включений в сутки 2-6 раз;

Т – время одного цикла уборки, Тц = 0,3…0,5ч.

Общее сопротивление Р , возникающее при перемещении навоза в канале:

Р = Р1 + Р2 + Р3 + Р4 , ( 5.12 )

где: Р1 – сопротивление от трения навоза о дно канала, Н

Р1 = Gmax · g · f , ( 5.13 )

где : Gmax – масса навоза в каналах транспортера, кг;

g - ускорение свободного падения, м/с;

f - коэффициент трения.

Максимальное количество навоза:

Gmax = L · b · h · · ,

где: L – длина канала, м

– коэффициент заполнения канала ( = 0,45…0,65).

Боковое сопротивление от трения навоза о боковые стенки канала:

Р2 = Nбок · f ,

где : Nбок – нормальное давление на боковую стенку канавки, равно (0,3…0,4) · Gmax · g .

Сопротивление перемещению транспортера на холостом ходу:

Р3 = qт · L · fпр · q

где: qт – масса 1 п.м. транспортера, кг;

fпр – приведенный коэффициент трения (fпр = 0,4…0,5).

Сопротивление движению от заклинивания навоза между скребком и стенкой канала:

где: – шаг скребка, м

W – сопротивление одного скребка, Н. Для твердого навоза

W = 15Н, для экскрементов и торфяного навоза W = 30Н

Решая последовательно, то получаем:

Р = (1,3…1,4)·Gmaxfg + Lq + ( )

Мощность электродвигателя Nдв (кВт) на привод

где: К – коэффициент, учитывающий сопротивление от натяжения на приводной звездочке К = 1,1;

– скорость движения транспортера, м/с

– КПД привода , = 0,75…0,85.

Расчет скреперных установок сводится к определению подачи, общего тягового сопротивления и к обоснованному выбору типа и мощности электродвигателя.

Подача скреперной установки:

Qc =

где : Gн –масса порции навоза, кг;

Vc –расчетная емкость скрепера, м;

– объемная масса навоза, кг/ м;

– коэффициент заполнения скрепера ( = 0,9…1,2);

Тц – время одного цикла, с.

Время одного цикла Тц определяется:

+ Тупр

где : – длина навозного канала, м;

Тупр – время на управление и изменение направления хода, с

– средняя скорость движения скрепера, м/с (? = 0,04…0,25м/с)

Общее сопротивление движению дельта-скреперной установки, работающей в двух каналах,

Рс = Р1 + Р2 + Р3 + Р4

Где Р1 – сопротивление движению рабочей ветви, Н:

Р1 = [(Gc + Gн) · пр + q ·Lр· н] · g

Gc, Gн – масса соответственно скрепера порции навоза, кг;

пр – приведенный коэффициент трения (пр = 1,8…2);

q – масса 1п.м. каната (q = 0,4…0,5), кг;

Lр – длина цепи (каната) рабочей ветви, м;

н – коэффициент трения каната о навоз (н = 0,5…0,6);

g – ускорение свободного падения , 9,81м/с.

Сопротивление перемещению холостой ветви, Н:

Р2 = (Gc · пр + q · Lx· н) · g ,

где :Lx – длина цепи каната холостой ветви, м.

Сопротивление на преодоление инерции при реверсировании, Н, рассчитывается по формуле:

где L – длина цепи установки, м;

– средняя скорость.

Сопротивление от натяжения набегающей ветви каната, Н :

где : – коэффициент трения каната о ролик, = 0,1…0,2;

– угол обхвата, > 120…150.

Суммируя Р1 – Р4 , определяем общее сопротивление движению скреперной установки Рс .

Требуемая мощность двигателя (Вт) определяется по зависимости:

где : – средняя скорость движения, м/с;

– КПД привода.

Производительность мобильных средств уборки навоза определяется машинным временем, затрачиваемым на удаление 1000кг навоза:

где : – средняя длина пути перемещения навоза, м;

qб – количество навоза, убираемого за 1 рабочий ход бульдозера, кг;

– средняя рабочая скорость трактора с бульдозером, м/с

Р = М · ст· g · К ,

где: М – масса тела волочения, кг. Она зависит от длины пути волочения, ширины захвата агрегата и толщины слоя навоза;

ст – коэффициент трения;

g – ускорение свободного падения, м/с;

К – коэффициент, учитывающий угол постановки скребка. При = 0; К = 1; при = 45, К = 0,65…0,80 .

Расчет гидравлических систем

Удаления навоза сводится к определению основных параметров навозоприемных самотечных каналов: объем канала Vк, длины Lк, ширины Вк, начальной Ннк и конечной Нкк глубины канала, уклона дна iд, часового qч и секундного qc расхода

Объем навозоприемного канала

где : mк – количество животных, от которых собирается навоз в данный канал, гол.;

qсут – суточная норма выхода навоза от одного животного, кг/гол.;

D – количество дней накопления навоза в канале;

k3 – коэффициент заполнения канала k3 = 0,6…0,85;

– объемная масса навоза, кг/м

Часовой расход (подача) канала

где :– количество животных, обслуживаемых каналом, гол.;

qн – суточный выход навоза от животного, кг/гол.;

qв – суточное количество добавляемой воды, кг/гол.;

– объемная масса навоза, кг/м

Секундный расход канала

Длина самотечных каналов обусловлена размерами типовых животноводческих помещений, рассчитанных на размещение в них определенного поголовья при выбранной ранее технологии содержания.

Так при групповом содержании свиней в станках длина Liгр канала для i-й половозрастной группы составит :

Liгр = mi · iк + ,

где: i к – фронт кормления, приходящийся на одно животное, м;

- часть канала в его начале, выходящая за территорию станков или стойл и перекрываемая сплошной плитой ( = 0,5…1м)

Для помещений, где животное содержится в индивидуальных станках или боксах, длина канала :

Li . ин = zc · Bc + ,

где: zc – число станков или боксов в одном ряду, обслуживаемом i-м каналом;

Вс – ширина станка или бокса, м;

- сплошной участок пола, м .

Для уменьшения длины каналов поперечный коллектор размещают не в торцовой части помещения, а в его середине по короткой оси. Бесперебойная работа горизонтальных самотечных каналов обеспечивается при длине их до 50м. Рекомендуемый небольшой уклон (iк = 0,005…0,006) предусматривают только для форсирования потока смывной воды при периодической чистке каналов (один раз в 3-4 мес.)

Ширина самотечных каналов в свинарниках связана с размерами (длиной) животных, так как зону дефекации располагают над каналами параллельно ряду кормушек

С учетом зоотехнических и санитарно-ветеринарных требований ширина каналов определяется формулами:

При групповом станочном содержании

Вк > lж – (А + Dк) ,

При содержании свиней в индивидуальных станках

Вк > (lст – lж) + lрп ,

где : lж и lст – длина животного и станка соответственно, м

а - при содержанию свиней в групповых станках;

б - при содержании свиней в индивидуальных станках.

Рисунок 2 - Расчётная схема к определению ширины навозоприёмных каналов в свинарниках:

А – ширина сплошной бетонной полосы между кормушкой и каналом предотвращающая попадания корма в канал, м;

Dк – 2/3 ширины кормушки b0, занимаемой головой животного при кормлении, м;

Lрп – доля ширины решетчатого пола, на котором находится животное при кормлении (Lрп = 0,3…0,4м).

В целях унификации размеров строительных изделий решетки, укладываемые поперек каналов, имеют длину примерно 1м. В связи с этим ширину каналов принимают равной 0,9м.

Самым важным конструктивным параметром самотечной системы является глубина Нк каналов, так как от правильного выбора этой величины зависит режим течения навозной массы в канале, а следовательно, надежность работы всей системы.

Руководствуясь расчетной системой навозоприемного (продольного) канала, определяют минимальную глубину в головной его части, при которой может нормально протекать самосплав навозной массы под действием силы тяжести.

Начальная глубина Ннк самотечного канала рассчитывается

Ннк = h + h0 hсл + hзап ,

а конечная глубина :

Нкк = hпор + hсл + hзап + h0

где: hпор – высота порожка, м;

h – превышение высоты порожка над дном канала в начальной его части, т.е. h = hпор – z = iд· Lк – разность отметок начала и конца канала

(h = 0,5…0,1м);

h0 – минимальная (начальная) глубина потока, при которой возможно движение вязкопластической массы по каналу, м;

hсл – толщина слоя жидкости над порожком (слив) (hсл = 0,05…0,1м);

hзап – высота «запаса», т.е. минимально допустимое расстояние от наивысшего уровня массы в начале канала до решетчатого пола (hзап = 0,3…0,35м);

iд – уклон дна канала (для самотечных каналов ( iд = 0,005…0,01).

Начальная (минимальная) глубина потока h0, при которой возможно течение вязкопластической массы по плоскости сдвига, определяется реологическими свойствами это массы (ползучесть, текучесть). Приближенно h0 может быть определена как h0 = iпов·Lк , если имеются достоверные данные о величине гидравлического уклона iпов, т.е. уклона поверхности навозной массы. По нашим наблюдениям iпов колеблется в широких пределах; для свиного жидкого навоза усредненное значение iпов = 0,001…0,015. Для учебных расчетов можно принять iпов = 0,015, тогда угол естественного откоса массы составит менее 0,5.

1 - Шиберная заслонка; 2- порожек .

Рисунок 3 - Расчётная схема к определению длины и глубины самотечного канала:

Однако более точно минимальную (начальную) глубину канала Ннк, при которой возможно движение по нему вязкопластичных жидкостей, можно определить по формуле В.В.Калюги :

где : - предельное напряжение сдвига, Па;

Lк – длина канала, м;

g = 9,81 м/с;

– объемная масса навоза, кг/м.

Минимальная глубина канала должна приниматься не менее 0,6м даже при небольшой длине.

Начальная и конечная глубина поперечного канала могут быть определены по формулам :

Нкан.п = Ннк + (0,35…0,4)

Нкан.п = Ннк + Lкан· iд

где : Lкан – длина канала, м;

iд – уклон дна канала (iд = 0,01)

Выбор и расчет средств для удаления навоза

Удаление навоза скребковыми транспортерами кругового движения

Фактическая подача транспортера, кг/с,

Где Т – общее время работы установки, с, (здесь Т зависит от числа включений Куб установки в сутки и времени Тц цикла уборки, с, т.е. Т = Тц Куб ).

Тогда :

, ( )

Обычно Куб = 3…6 раз, а Тц = 20…60мин.

Теоретическая подача транспортера , кг/с определяется по формуле

Qт = b · h · · · , ( )

где: b – ширина канавки, м;

h – высота скребка, м;

– скорость движения транспортера, м/с;

– плотность навоза, кг/м;

– степень заполнения канавки ( = 0,5…0,6)

Продолжительность работы транспортера в течении суток, с,:

Т , ( )

где : m0 – число обслуживаемых животных одним транспортером.

Общее сопротивление, Н, возникающее при перемещении навоза в канавке можно определить:

Р = Р1 + Р2 + Р3 + Р4 , ( )

Сопротивление от трения навоза о дно канавки Р1 , Н находится из выражения:

Р1 = G· · g , ( )

где: G – масса навоза в канавках транспортера, кг;

– коэффициент трения покоя навоза о поверхность канавки (по металлической поверхности = 0,85, по бетонной = 0,99, по деревянной = 0,97 );

g – ускорение свободного падения.

Тогда :

G = L· b· h· p · , ( )

где :L – длина цепи транспортера, м.

Боковое сопротивление от трения навоза о боковые стенки канавки, Н,

Р2 = Nб· , ( )

где: Nб – нормальное давление на боковую стенку канавки, Н

Nб = ( 0,3…0,4) ·Gg

Сопротивление перемещению транспортера на холостом ходу,Н :

Р3 = qт · L · пр · g , ( )

где: qт – масса 1м длины транспортера, кг;

пр – приведенный коэффициент трения (пр = 0,4…0,5).

Сопротивление движению от заклинивания навоза между скребками и канавкой, Н :

, ( )

где : – шаг скребков, м;

Рс – сопротивление одного скребка, Н;

(для соломистого навоза Рс = 15 Н, для экскрементов и торфяного навоза Рс = 30 Н).

Мощность электродвигателя на привод транспортера, кВт :

( )

где: – КПД привода.

После расчета мощности транспортера подбирают двигатель по каталогу.

Канатно-скреперные установки

Канатно-скреперные установки применяют для уборки навоза в животноводческих помещениях из-под решетчатых полов при содержании животных без подстилки, из открытых навозных проходов и для подачи его в навозосборники или транспортные средства.

Продолжительность цикла удаления навоза, с :

, ( )

где: Lк – длина одной канавки, м;

– средняя скорость скрепера ( = 0,04…0,14м/с).

Производительность установки, кг/с :

, ( )

где: Vс – расчетная емкость скрепера, м (Vс = 0,13…0,25м);

– коэффициент заполнения скрепера ( = 0,9…1,0);

Тц – время одного цикла, с;

– плотность навоза, кг/м.

Здесь

+ Туп

где: Lк – длина навозной канавки, м;

Туп – время на управление и изменение направления хода, с (Туп = 2…5 с ).

Количество рабочих циклов скрепера определяется по формуле:

Z , ( )

где: mp – число животных в ряду;

Qсут – суточный выход навоза от одного животного, кг.

Минимальная глубина самотечных каналов даже при большой длине должна приниматься не менее 0,6м.

6 .Мобильные средства для уборки навоза

Мобильные средства сбора подстилочного навоза применяют, как привило при беспривязном содержании. К мобильным средствам относят скребок-бульдозер БН-Ф-2,5, бульдозер скребок навесной БСН-1,5 и др.

Производительность трактора с навесным скребком определяется с некоторым приближением значением машинного времени, затрачиваемого на удаление 1000кг навоза, по формуле

, ( )

где :– средняя длина пути перемещения навоза, м;

qб – количество навоза, убираемого за один рабочий ход бульдозера, кг;

– средняя рабочая скорость трактора с бульдозером, м/с.

Сопротивление движению навоза, Н определяем :

Р = 9,81· Кб· · М, ( )

где: Кб – коэффициент, учитывающий угол постановки скребка (выбирают из табл.);

– коэффициент трения покоя;

М – масса тела волочения, кг.

Таблица - Значение коэффициента «Кб»

Навоз	Угол постановки рабочего орган,град
	0	15	30	45
Соломистый	1	0,85	0,75	0,65
Торфяной	1	0,95	0,85	0,70
Экскременты	1	0,95	0,90	0,80

Работа бульдозера во многом схожа с работой погрузчика напорного действия. Значения номинальной грузоподъемности бульдозера с ковшом в зависимости от тягового класса трактора показаны в таблице.

Таблица - Значения номинальной грузоподъемности бульдозера с ковшом в зависимости от тягового класса трактора

Грузоподъемность погрузчика, кг

Тяговый класс трактора, кН

2…3,2

5,8

10…12,5

0,6…0,9

1,4…2,0

3,0

4,0

Производительность бульдозерной навески типа БН- 1, т/ч определяется :

Qб = Г· n , ( )

где: Г – грузоподъемность бульдозера, т;

n- число рабочих циклов за 1ч

или

, ( )

где :V – вместимость ковша, м;

– насыпная масса навоза, т/м;

к – коэффициент заполнения ковша (к =0,5…0,9);

tц – время цикла, включая время, затрачиваемое на зачерпывание, разворот, переключение передач и выгрузку навоза из ковша, с.

Литература

Арзуманян Е.А. Животноводство. – М:, ВО, Агропромиздат, 2007.

Крисанов А.Ф., Хайсанов Д.П., Улитько В.Е. и др. Технология производства, хранения, переработки и стандартизация продукции животноводства. – М.: Колос, 2009. – 208 с.

Макарцев Н.Г., Бондарев Э.И., Власов В.А. и др. Технология производства и переработки животноводческой продукции. – Калуга: «Манускрипт», 2008. – 688 с.

Макарцев Н.Г., Топорова Л.В., Архипов А.В. Технологические основы производства и переработки продукции животноводства. – М, МГПУ им. Н.Э. Баумана, 2007, 804 с.

Соколов В.В., Куц Г.А., Шевченко И.М. и др. Переработка продукции животноводства в крестьянских, фермерских и коллективных хозяйствах. Ижевск. Изд-во Удм. ун-та, 2008. – 299 с.

Расчет ПТЛ уборки навоза и его переработки