авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Ресурсосберегающая технология и технические средства уборки и приготовления органического удобрения из навоза глубокой подстилки

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Хмыров Виктор Дмитриевич

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА УБОРКИ И ПРИГОТОВЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО УДОБРЕНИЯ ИЗ НАВОЗА ГЛУБОКОЙ ПОДСТИЛКИ

Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Мичуринск Наукоград РФ, 2011

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Мичуринский государственный аграрный университет» (ФГОУ ВПО «МичГАУ») на кафедре «Механизации производства и безопасности технологических процессов».

Научный консультант академик РАСХН,

доктор технических наук,

профессор

Завражнов Анатолий Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

Капустин Василий Петрович

доктор технических наук,

профессор

Макаров Валентин Алексеевич

доктор технических наук,

профессор

Павлов Павел Иванович

Ведущая организация – Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства (ГНУ ВНИИМЖ)

Защита диссертации состоится «16» декабря 2011 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.041.03 в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Мичуринский государственный аграрный университет» по адресу: 393760, Тамбовская область, г. Мичуринск, Интернациональная, д. 101, корпус 1, зал заседаний диссертационных советов.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «МичГАУ».

Автореферат разослан «__» ________ 2011 г. и размещен на сайте
ВАК www.vak.ed.gov.ru

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент Н.В. Михеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Свиноводство – важная отрасль сельскохозяйственного производства и основной поставщик мяса для населения и сырья для перерабатывающей промышленности. Приоритетный национальный проект «Развитие АПК» положил конец глубокому кризису производства и длительному периоду застоя в промышленном свиноводстве, техническая база которого была создана в 70-80-е годы прошлого века. Выгодные условия кредитования привлекли в отрасль крупных инвесторов (мясокомбинаты, торговые фирмы, банки и т.п.), ранее не занимавшихся сельскохозяйственным производством.

В 2006 году было объявлено о начале реализации более 50-ти инвестиционных программ по созданию свиноводческих предприятий. В основном это дорогостоящие, крупные и сверхкрупные, не имеющие аналогов за рубежом комплексы на 54, 108, 216, 500 тыс. и даже на 1 млн. свиней в год. Общая стоимость проектов превышает 80 млрд. руб. Министерство сельского хозяйства намерено до 2020 года дополнительно инвестировать в отрасль более 90 млрд. руб., чтобы приблизиться к показателям докризисного 1991 г., удвоить производство свинины, сократить и по возможности прекратить её импорт.



Рациональное использование отходов сельскохозяйственного производства – большая и важная проблема. Она связана, с одной стороны, с использованием огромного энергетического потенциала биомассы для получения органических удобрений, с другой – с необходимостью исключить загрязнение водоемов, заражение почвы болезнетворными бактериями и гельминтами, содержащимися в отходах животноводческих ферм.

Одним из ведущих комплексных показателей плодородия почв является содержание в них гумуса. Известно, что 53,34 млн. га (45,3%) пашни страны имеют очень низкое его содержание. Для повышения содержания гумуса в почве, требуется вносить от 6 до 14 т/га органических удобрений, из расчета ежегодной насыщенности. Согласно концепции развития животноводства, плановых показателей, формируемой федеральной Программой плодородия почв, применение органических удобрений к 2010 году достигнет 450 млн. тонн.

Анализ отечественного и зарубежного опыта производства свинины показывает, что более перспективной технологией является содержании животных на глубокой подстилке. Она наиболее полно отвечает климатическим условиям России и обеспечивает получение высококачественных органических удобрений с минимальными затратами энергии и материальных ресурсов. Известные способы содержания свиней при высоких ценах на энергоресурсы резко повышают себестоимость мяса. Поэтому, на сегодняшний день, разработка технологии содержания свиней на глубокой подстилке является актуальной проблемой.

Цель работы. Снижение энергозатрат при переработке свиного навоза глубокой подстилки путем совершенствования технологии и технических средств приготовления органических удобрений.

Объект исследования. Технологический процесс уборки, измельчения и приготовления органических удобрений при переработке навоза глубокой подстилки.

Предмет исследования. Закономерности взаимодействия рабочих органов машин и устройств с сырьём и готовым продуктом. Разрушение, измельчение, аэрация навоза глубокой подстилки.

Методика исследований. Теоретические исследования проводились с использованием методов теоретической механики, дифференциального и интегрального исчисления и численного моделирования процессов работы машин. В экспериментальных исследованиях нашли применение дисперсионный анализ и теория планирования эксперимента. Обработка результатов осуществлялась методами регрессионного анализа. Использовались серийные и специально изготовленные приборы.

Научная новизна.

– разработана новая технология и технические средства для уборки и переработки навоза глубокой подстилки при содержании свиней в ангарах;

– получены качественные характеристики физико – механических свойств навоза глубокой подстилки и процессов взаимодействия с ними рабочих органов питателя – разрушителя;

– разработана новая конструктивно – технологическая схема питателя – разрушителя;

– разработаны математические модели, описывающие систему «питатель – разрушитель, измельчитель, аэратор навоза», модель взаимодействия рабочих органов питателя – разрушителя с навозом глубокой подстилки, модель взаимодействия рабочих органов измельчителя навоза, модель распределения воздушного потока в компостируемой массе аэратора.

– аналитически обоснованы и оптимизированы режимы и конструктивные параметры аэратора компостной смеси.

Практическая значимость. Результаты исследований процесса разрушения, измельчения и аэрации навоза глубокой подстилки являются основой для совершенствования существующих и создания новых машин для уборки, измельчения и приготовления органических удобрений.

Реализация результатов исследований. Результаты исследо­ваний процесса биоферментации компостных смесей и предложенная конст­рукция аэратора и питателя – разрушителя приняты к внедрению в СПХК «Маяк Ленина» Сампурского района, Тамбовской обл., ЗАО «Приволье» Мичуринского района Тамбовской области, ОАО «ТАМБОВРЕМТЕХПРЕД» г. Тамбов, ОАО «Нива» Мичуринского района Тамбовской области, ЗАО «Раненбург–комплекс» Чаплыгинского района Липецкой области, ООО «Аладьино» Чучковского района Рязанской области, ОАО «Родина» Лебедянского района Липецкой области; аэратор компоста внедрен в ФГУП учхоз-племзавод «Комсомолец»; методические материалы по анализу процесса био­ферментации компостных смесей используются в учебном процессе Тамбовского государственного техниче­ского университета и Мичуринского государственного аграрного университета.

Основные положения, выносимые на защиту:

обоснование технологии и технических средств для уборки и переработки навоза глубокой подстилки в органическое удобрение;

математическое обоснование основных параметров питателя – разрушителя и измельчителя пласта навоза глубокой подстилки;

– математическое обоснование процесса распределения воздуха в аэраторе навоза;

результаты экспериментальных исследований питателя – разрушителя и измельчителя навоза глубокой подстилки;

– результаты экспериментальных исследований основных параметров аэратора;

– результаты внедрения и оценки экономической эффективности предлагаемой технологии уборки и переработки навоза глубокой подстилки.

Апробация работы. Основные положения работы доложены и одобрены на научно–практической конференции «Инженерное обеспечение АПК» 23-24 октября 2003 года Наукоград РФ Мичуринск; международно-практической конференции молодых ученых и специалистов. «Вклад молодых ученых в развитие аграрной науки ХХI века» - Рязань, 2004.; научно–методической конференции, посвященной 160–летию со дня рождения профессора П.А. Костычева г. Рязань, ФГОУ ВПО РГСХА, 2005 г., Всероссийской научно–практической конференции «Проблемы развития аграрного сектора региона» г. Курск, КГСХА, 2006 г., международной научно–практической конференции «Мировой опыт и перспективы развития сельского хозяйства » г. Воронеж, ФГОУ ВПО ВГАУ, 2008 г, научно–практической конференции «Роль науки в повышении устойчивости функционирования АПК Тамбовской области» МичГАУ 17–18 ноября 2004 года., Наукоград РФ Мичуринск, 2004.; международной научно–практической конференции 15–16 ноября 2007 г. «Перспективные технологии и технические средства в АПК», Мичуринск – наукоград РФ, 2008; международной научно–практической конференции 20–21 апреля 2011 г. «Научно-технический прогресс в животноводстве – инновационная модернизация в отрасли», Подольск, 2011.

Публикации. Материалы диссертации отражены в 43 печатных работах, в т.ч. 17 из них в научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК. Общий объем публикаций составляет 5,21 п.л., из которых 2,4 п.л. принадлежит лично соискателю.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Объем диссертации составляет 334 страниц основного текста, содержит 173 рисунка, 53 таблиц, библиографический список из 268 наименований, из них 15 на иностранных языках и 30 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель исследований и сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ существующих способов компостирования отходов животноводства» – приведены технологии удаления навоза, обоснованы преимущества новой технологии содержания свиней на глубокой несменяемой подстилке, проведен анализ основных средств для уборки навоза глубокой подстилки.

Разработке технологий и технических средств по утилизации навоза посвящены работы А.В. Афанасьева, В.Н.Афанасьева, А.М. Бондаренко, П.И. Гриднева, В.А. Денисова, А.И. Завражнова, В.И. Зеникова, В.П. Капустина, Н.Г. Ковалева, Л.П. Кормановского, В.И. Кузнецова, Р.Лер, Г.И.Личмана, В.О. Лопеса де Гереню, И.К. Линника, И.И.Лукьяненкова, В.П. Лысенко, В.А. Макарова, Н.М. Марченко, В.В. Миронова, Г.Е. Мерзлой, Н.М. Морозова, Н.П. Мишурова, П.И. Павлова, И.М. Петренко, О.Д.Сидоренко, В.И. Солодуна и др. В этих работах обоснованы основные технологические требования к техническим системам подготовки навоза к использованию, предложены методы их оптимизации. Наиболее перспективной технологией приготовления органических удобрений является биоферментация методом ускоренного компостирования.

Анализ существующих способов удаления и переработки навоза показывает, что известные технологии требуют высоких капитальных и эксплутационных затрат и энергоемки, поэтому предлагается малозатратная технология содержания свиней на глубокой подстилке.

Для решения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

– исследовать физико–механические свойства навоза глубокой подстилки;

– теоретически обосновать основные параметры питателя - разрушителя, измельчителя и аэратора;

– теоретически обосновать площади сечения воздуходувных отверстий и их расположение в трубах аэратора;





разработать и изготовить экспериментальные установки питателя - разрушителя, измельчителя и аэратора навоза глубокой подстилки;

– провести экспериментальные исследования по обоснованию основных параметров питателя разрушителя и измельчителя;

– провести экспериментальные исследования по обоснованию основных параметров аэратора;

– провести производственные испытания и определить экономическую эффективность применения разрабатываемой технологии по переработке навоза глубокой подстилки.

Во второй главе «Теоретические исследования процесса работы питателя-разрушителя, измельчителя и аэратора навоза глубокой подстилки» рассмотрен процесс разрушения, измельчения и аэрирования навоза, рассчитана производительность питателя – разрушителя навоза глубокой подстилки, а также представлена конструктивно-технологическая схема агрегата для измельчения и разбрасывания подстилочного навоза.

Теоретические исследования процесса работы питателя-разрушителя.

При резании пласта навоза, каждая точка рабочего органа питателя – разрушителя описывает траекторию, которую можно отнести к разновидностям циклоидальных кривых, совершает движение в вертикальной плоскости в двумерной системе координат (рисунок 1). На характер движения оказывают влияние два параметра – поступательная скорость погрузчика и угловая скорость рабочего органа .

Данная траектория описывается следующей системой параметрических уравнений:

, (1)

где X и Y – координаты точки рабочего органа в плосковертикальной системе координат;

R – радиус вращения некоторой точки А рабочего органа (м);

– угловая скорость вращения точки рабочего органа (рад/с);

– поступательная скорость движения (м/с);

t – время с момента начала движения (с).

а) общий вид; б) схема к расчету кинематических параметров.

Рисунок 1. Траектория движения точки рабочего органа питателя – измельчителя

Получено уравнение для определения площади боковой поверхности стружки, отделяе­мой одним ножом или одной винтовой поверхностью, можно определить отделяемый от основного массива объем (м3):

V1= [R2]k0b, (2)

где b – ширина отделения площади А1, м; k0 – коэффициент заполнения рабочего объема.

Длина траектории движения точки при различных геометрических параметрах и режимах работы рабочего органа питателя разрушителя:

, м (3)

Рисунок 2. Схема взаимодействия винтовой поверхности с грузом

Анализируя взаимодействия всех сил с винтовой поверхностью шнека получаем окончательное выражение для определения усилия перемещения навозной массы:

Окончательное усилие транспортирования (Н) с учетом коэффициентов КfBH и Ктр(4).

(4)

Для винтово­го и шнекофрезерного питателя производительность определяется диаметром винтовой поверхности по наружной образующей, ее шагом и заполнением межвинтового пространства. Тогда:

Q= (5)

где DBH – внутренний диаметр поперечного сечения потока груза, м; kn – коэффициент скорости, характеризующий отставание груза от тео­ретической скорости движения винтовой поверхности; kp=p/D – коэффициент шага винта;р – шаг винтовой поверхности;kП=kknkB – коэффициент производительности, равный произведению коэффициентов заполнения межвиткового пространства k, скорости kn и влияния режущих ножей kB; – угловая скорость рабочего органа, рад/с.

Мощность привода питателя включает мощность РР, затрачиваемую на отделение захваты­ваемой части навоза от основного массива; мощность РР, необходи­мую для перемещения захваченной массы навоза к отгрузочному транспорте­ру:

Pпер=,Вт (6)

где Rв – наружный радиус винта, м; Rт – средний радиус транспортирования навоза винтом, м;

Rp – радиус, по которому установлены ножи, м.

PР=(Nsin()/cos2)l1, Вт, (7)

где Dp – диаметр резания или диаметр, по которому установлены ножи, м; – угловая скорость вращения рабочего органа, рад/с.

Теоретические исследования процесса работы измельчителя.

В процессе работы лопастного измельчителя подстилочный навоз подается шнеками в измельчительный аппарат, где лопастью с зубчатой поверхностью порция навоза отделяется относительно противорежущей пластины и под действием центробежной силы перемещается по лопасти. Достигнув конца лопасти, материал выбрасывается в транспортное средство.

Для теоретического обоснования кинематических параметров (скорости движения частиц, угла установки противорежущей пластины, угла установки лопастей) рассмотрим силы, действующие на частицу удобрений, находящуюся на лопасти ротора.

Такими силами будут (рисунок 3): сила веса mg, центробежная сила , сила инерции от ускорения Кориолиса , нормальная реакция лопасти и сила трения .

Учитывая действующие силы и пренебрегая влиянием воздуха, а также упругостью частиц, дифференциальное уравнение движения материала по лопатке можно записать в

следующем виде:

(8)

где х”, х, х- соответственно ускорение, скорость и путь частицы удобрений по радиальной лопатке ротора;

-угловая скорость вращения ротора;-коэффициент трения удобрений о лопасть ротора.

Решая уравнение (8) и вводя некоторые ограничения и упрощения, соответствующие реальной работе ротора при рассеве удобрений, получим интересующие нас аналитические зависимости.

Упрощаем уравнение:

(9)

упрощаем уравнение, для этого левую часть приравниваем к нулю.

; (10)

(11)

Частные решения будут иметь вид:

(12)

Находим коэффициенты:

(13)

(14)

(15)

Относительную скорость схода удобрений с лопатки вращающегося ротора найдем из выражения:

(16)



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.