Машины и оборудование для уборки, транспортировки, утилизации навоза и помета.

Механизация удаления и утилизации навоза имеет огромное зна­чение, ибо на долю этого процесса приходится 30...35% от общих транс­портных работ на фермах. Механизация удаления навоза позволяет улучшить санитарное состояние на ферме, облегчить труд операто­ров, повысить производительность их труда и в конечном итоге полу­чить (после переработки) ценное органическое удобрение.

В настоящее время уровень механизации удаления навоза на фер­мах крупного рогатого скота (в странах СНГ) составляет около 85%. Имеется большое количество малых ферм, на которых отсутствует комплексная механизация. На 40 тыс. молочных ферм с поголовьем до 200 голов содержится 26% коров. На 50 тыс. ферм по откорму (с поголовьем до 1000 гол.) содержится 60% крупного рогатого скота и 40% свиней.

Уровень комплексной механизации на молочных фермах (до 100 коров) достигает лишь 17,5%, а с поголовьем 100...200 коров - 36,7%. Затраты труда на производство 1 ц продукции в 1,4 раза больше, чем на крупных фермах.

Ежегодно в странах СНГ от животноводческих хозяйств накапли­вается более 1 млрд. м³ навоза. Известно, что 40% биологической энергии растительной массы уходит в навоз. Так, в навозе крупного рогатого скота (КРС) содержится до 20% непереваримого съедоб­ного корма (особенно на тех фермах, где отсутствуют кормоцеха, а в имеющихся используются устаревшие технологии обра­ботки кормов).

Следовательно, навоз является ценным органическим удобрени­ем после соответствующей его подготовки. С другой стороны, он может быть переработан в другие ценные вещества (биогаз, кормо­вые добавки).

Установлена прямая зависимость между производством продукции на ферме и выходом навоза. Например, при произ­водстве 1 кг молока выход навоза составляет 5 кг, 1 кг мяса свинины - 20 кг навоза и 1 кг говядины - 25 кг навоза.

Одна свиноводческая ферма по откорму 108 тыс. свиней в год дает столько навоза за сутки, сколько дает фекально-бытовых стоков город с населением в 200 тыс. человек. Отсюда ясно, что утилиза­ция навоза - это сложная проблема, затрагивающая вопросы эколо­гии.

Поэтому на крупных промышленных животноводческих фермах капиталовложения на систему удаления и утилизации навоза составляют 30% от общих капитальных вложений на строительство комплекса.

Навоз - это крупнодисперсная система, состоящая из твердых, жидких и газообразных компонентов. Свойства навоза зависят от вида животных, возраста, рациона кормления, вида и количества под­стилки, способа содержания животных, технологии его удаления, переработки и хранения.

Весь навоз, получаемый на фермах можно разде­лить на следующие состояния: густой, полужидкий, жидкий.

Содержание питательных веществ в навозе КРС и свиней зависит тоже от возраста, типа кормления и других факторов.

Жидкий навоз содержит в два раза больше азота и фосфора и на 70% больше калия, чем в твердом навозе. В нем находится больше легкорастворимых питательных веществ, чем в подстилочном наво­зе. По удобрительной ценности жидкий навоз занимает промежуточ­ное положение между минеральными удобрениями и твердым навозом. Доказано, что одна тонна жидкого навоза, внесенного на один гектар, повышает урожайность зерновых культур на 1 центнер.

Основные физико-механические свойства навоза - это влажность, плотность, липкость, коэффициент трения покоя и движения, ко­эффициент внутреннего трения в покое (угол естественного откоса) и др.

Динамический коэффициент трения навоза по деревянной, ме­таллической и бетонной поверхностям колеблется в пределах от 1,4 (для только введенных в эксплуатацию каналов) до 0,6 (для приработанных) Статический коэффициент трения (в покое) больше дина­мического коэффициента трения (за счёт липкости) для навоза с тор­фяной подстилкой на 5...15%, для соломистого - на 15...30%, а для экскрементов - на 30...40%. Коэффициент трения в основном зави­сит от влажности навоза. Надо иметь в виду и то обстоятельство, что динамический коэффициент трения зависит от удельного давления навоза на поверхность трения. Чем больше удельное давление навоза на поверхность трения (высота слоя навоза в канале), тем меньше коэффициент трения движения, так как жидкая фракция навоза вы­давливается вниз и играет роль смазки.

Навоз и его составляющие имеют следующие температуры замер­зания: моча - (-2,85°С), твердые включения - (-1,1°С), навоз - (-2,08°С). При минусовой температуре в 6°С усилие отрыва при при-мерзании цепи и скребков транспортеров типа ТСН больше в 30...32 раза.

Известно, что при замерзании воды ее объем увеличивается на 15%, а жидкого навоза - на 2% и мочи - на 9,4%.

2.Для удаления навоза из животноводческих помещений применяют механические средства и гидравлические системы. Механические сред­ства подразделяются на стационарные и мобильные. На небольших фермах КРС при привязном содержании животных и на свиноводчес­ких фермах при содержании свиней в индивидуальных станках приме­няют стационарные средства кругового движения. Это цепочно-скреб­ковые транспортеры ТСН-2Б, ТСН-ЗБ (с длиной цепи 170 м) и ТСН-160А (с длиной цепи 160 м), а также транспортеры возвратно-посту­пательного движения, штанговые - ТШ-30А. Они устанавливаются в открытых навозных каналах размером 320х120 мм.

При боксовом и комбибоксовом содержании КРС применяют скре­перные установки возвратно-поступательного движения УС-15; УС-Ф-70, УС-250 с рабочей шириной захвата от 1,8 до 3,0 м. Глубина открытого .канала - 0,15 м. Для удаления навоза из поперечных кана­лов выпускается скреперная установка УСП-10). Данное оборудова­ние можно использовать для удаления навоза из овчарни при содер­жании овец на решетчатом полу.

При мелкогрупповом содержании откормочных свиней на щелевых полах навоз удаляют из подпольных каналов в общий навозосборник скребковыми транспортерами ТС-1 (продольным и поперечным), а также скреперными установками УС-12 и УСП-12.

Можно также использовать канатно-скреперные установки НКСУ-4 и кареточно-скреперные транспортеры.

Для транспортировки навоза от животноводческого помещения на 50 м служит скреперная установка УСН-8, а для транспортировки навоза по трубопроводу диаметром 300 мм в навозохранилище на рас­стояние 150 м служит поршневая установка УТН-10.

К мобильным средствам для удаления навоза из животноводчес­ких помещений, выгульных дворов и откормочных площадок отно­сится бульдозерная навескаБН-1 к колесному трактору типа "Бела­русь".

Для выгрузки навоза из зданий, оборудованных подпольными навозохранилищами, предназначена установка УВН-800-1. В комп­лект ее входят скрепер и насос для жидкого навоза НЖН-200 А.

Технология удаления навоза из помещений зависит от вида жи­вотных, способа их содержания, кратности уборки навоза и от имею­щегося в наличии оборудования.

Для крупного рогатого скота применяют три способа содержания: привязный, беспривязный и боксовый или комбибоксовый.

При привязном содержании животных по зоотехническим требо­ваниям навоз нужно убирать 3...4 раза в сутки. При беспривязном содержании КРС навоз убирают 2...3 раза в год в зависимости от кли­матических условий. При боксовом или комбибоксовом содержании КРС навоз убирают непрерывно в течение суток, если применяются механические средства или периодически (через 10...14 суток) при использовании гидравлической системы периодического действия. При накоплении навоза в подпольном хранилище его убирают один раз в конце осенне-зимнего сезона.

Поэтому технологические схемы удаления навоза из помещений могут быть представлены следующими вариантами.

Привязное содержание (с подстилкой):

- транспортировка по продольному каналу (ТСН-2Б, ТСН-ЗБ, ТСН-160, ТШ-З0А), погрузка в транспортные средства (наклонный транспортер), транспортировка в навозохранилище (прицеп двухос­ный самосвальный 2ПТС-4-887Б);

- транспортировка по продольному каналу (то же) и загрузка скре­пера, удаление навоза из поперечного канала (скреперная установка УСН-8) на открытую площадку, погрузка навоза в транспортные сред­ства (ПБ-35, ПЭ-0,8 и т. п.), транспортировка в навозохранилище (то же);

- транспортировка по продольному каналу (то же) в поперечный канал, удаление из поперечного канала в навозоприемник (ТСН),

выгрузка из навозоприемника в транспортное средство (30), транспортировка в навозохранилище (то же);

- транспортировка из продольных каналов к сборному поперечно­му транспортеру (то же), загрузка приемного бункера поршневой ус­тановки (то же), транспортировка по трубопроводу в навозохранили­ще (УТН-10);

- транспортировка из помещений или с выгульных площадок ("Бе­ларусь" плюс БН-1), погрузка в транспортные средства (ПБ-35, ПЭ-0,8 и т. п.), транспортировка в навозохранилище (то же).

Боксовое или комбибоксовое содержание (бесподстилочное)

- транспортировка из продольного канала в поперечный (гидрав­лическая система), транспортировка из поперечного канала в наво­зоприемник (то же), выгрузка из навозоприемника в транспортные средства (НШ-50, НЖН-200А, НЦИ-f-100), транспортировка в на­возохранилище (МЖТ-10(16));

- транспортировка из продольного канала в поперечный (УС-f-170, УС-250, УС-15), удаление из поперечного канала в навозопри­емник (УС-10), выгрузка из навозоприемника в транспортные сред­ства (то же);

- откачка жидкой фракции навоза из подпольного навозохранили­ща (НЖН-200А), транспортировка в навозохранилище (прицеп-ем­кость МЖТ-10 или 16), выгрузка твердой фракции из подпольного навозохранилища (скреперная установка УВН-800-1) и погрузка в транспортные средства, транспортировка в навозохранилище (2ПТС-4-887Б).

Выше было сказано, что навоз является ценным органическим удобрением после соответствующей его подготовки. Традиционный способ получения органического удобрения - через навозохранили­ща.

В зависимости от конкретных условий применяют следующие тех­нологии утилизации навоза в органические удобрения:

1) накопление в навозохранилище твердого подстилочного навоза;

2) накопление жидкого бесподстилочного навоза, добавление в него торфа, резаной соломы, опилок, фосфоритной муки с целью получения твердого компоста;

3) накопление жидкого бесподстилочного навоза, его переработ­ка и внесение в почву в жидком виде.

Данные технологии предусматривают накопление навоза в наво­зохранилищах в течение всего зимнего периода и естественную его переработку до стадии органического удобрения.

Свежий навоз вносить в почву нельзя, так как в нем сохраняют свою всхожесть семена сорных и ядовитых растений, а также гель­минты. Они должны перегореть в результате биотермического горе­ния. В результате этого горения навоз претерпевает несколько ста­дий разложения.

При концентрации большого количества ско­та на малой территории резко возростает ежесуточный выход навоза и встет вопрос об его утилизации.

В связи с этим институтом гельминтологии и санитарии им. Скря­бина была предложена следующая технология:

4) разделение жидкого бесподстилочного навоза на фракции (твер­дую и жидкую).

Твердая фракция (влажностью 67...75%) складируется в бурты. В течение 1,5 мес. за счет биотермического горения температура в наво­зе достигает 55...60 °С и в последующий месяц все гельминты и семена сорных трав перегорают. Получается полуперепревшая стадия разло­жения навоза, т. е. готовое органическое удобрение.

Жидкая фракция тоже подвергается обработке с целью ее обезза­раживания, дезодорации и осветления.

Для разделения навоза на фракции промышленностью выпускает­ся следующее оборудование: инерционные наклонные виброгрохоты ГИЛ-52 (42, 32), которые жидкий навоз исходной влажностью 94...98% доводят в твердую фракцию навоза до 82...84% при произво­дительности 100...120 мУч (ГИЛ-52).

Виброгрохот барабанный ГБН-100А, который исходный навоз влажностью от 93% и выше доводит твердый навоз до влажности 85...90%, при производительности 50...100 мУч (при влажности 93...99,5%).

Установка для выделения грубодисперсных частиц из навоза - ду­говое сито СД-Ф-50. Навоз исходной влажности 96...99% доводится до влажности твердой фракции - не более 88%, а жидкой - не менее 98% при производительности 50 м³/ч.

Винтовой пресс для навоза ПЖН-68 предназначен для дальней­шего обезвоживания твердой фракции навоза после вышеназванного оборудования и доведения егo до влажности 65...70% при производительности 100 м³/ ч.

Для гомогенизации жидкого навоза в навозохранилищах емкостью до 500 м³ предназначена установка УГН-Ф-500.

Для дегельминтизации жидкой фракции навоза служит установка УФ.

Кроме механических средств переработки выпускается оборудова­ние для биологической переработки твердой фракции навоза личин­ками синантронных мух.

Для утилизации навоза в органические удобрения существует тер­мическая его обработка при температуре 130...140°С для получения сухого вещества влажностью 13% и последующего его гранулирова­ния.

Перспективным направлением утилизации навоза является пере­работка его в биогаз. В мире разработан целый ряд агрегатов, отли­чающихся по габаритам и режимам. На Украине в институте ВНИИМОЖ разработана и эксплуатируется установка "КОБОС" (комплект оборудования биологической обработки стоков) на ферме в 400 ко­ров.

Ежесуточно установка дает 400...500 м³ биогаза, из которых около 60% расходуется на обогрев самого навоза для метанового сбраживания.

3.Гидравлические системы удаления навоза из помещений подраз­деляются на четыре вида: лотково-смывную (прямой гидросмыв), рециркуляционную, отстойно-лотковую (шиберную) или периоди­ческого действия и непрерывного действия (самотечную).

Последние две системы предназначены для транспортировки на­воза из продольных каналов животноводческих помещений (из ко­ровников и зданий по откорму КРС при боксовом содержании, а так­же свинарников-откормочников) при содержании животных без под­стилки на щелевых полах. Как показала практика, наиболее работос­пособной является гидравлическая система периодического действия-шиберная. Принцип ее работы основан на том, что в канале (выпол­ненном согласно норм технологического проектирования), перекры­том шибером с высотой порожка 0,2 м и предварительно заполнен­ном водой, в течение 10.-.14 суток накапливается навоз влажностью не менее 87%. За этот период он разлагается на три фракции и после открытия шиберной заслонки сам перетекает в поперечный канал. Затем шибер закрывается и цикл повторяется.

Для выгрузки навоза из навозоприемников (минимальная емкость которого должна быть 25 м³) служат следующие средства: навозопог-рузчик ковшовый - НПК-30; насос шнековый - НШ-50; НЖН-200А и насос центробежный НЦИ-Ф-100.

Для выгрузки полужидкого навоза из открытых навозохранилищ в транспортные средства служит установка УВН-800, в комплект кото­рой входит скрепер емкостью 3 м³ и насос НЖН-200 А для жидкого навоза.

Для выгрузки твердого навоза из открытых навозохранилищ при­меняются различные типы погрузчиков: ПБ-35; ПЭ-0,8; ПС-3; экс­каватор Э-153.

4.Расчет навозоуборочных транспортеров сводится к определе­нию: силы тяги на ведущей звездочке, потребной мощности элек­трического двигателя для привода транспортера, производитель­ности.

Рассмотрим на примере расчета скребкового транспортера кругового движения типа ТСН.

Тяговым органом транспортеров является пластинчато-пальцевая разборная (ТСН-3, ОБ), неразборная (ТСН-2Б), или овально-звенная (якорная) цепь (ТСН-160). Рабочие органы транспортеров (скреб­ки) представляют собой консоль. Перед консольным скребком гори­зонтального транспортера при транспортировке навоза образуется тело волочения, размеры и форма которого зависят от количества и свойств навоза, а также от конфигурации и размеров навозного лотка и рабо­чего органа.

Для определения силы тяги всего транспортера рассчитаем снача­ла сопротивление движению навоза (тела волочения), перемещае­мого одним скребком согласно схеме (рисунок 15.1.).

Сопротивление движению навоза, перемещаемого одним скребком, опре­деляется по формуле:

Н (15.1)

где Р_д - сила трения навоза о дно лотка, Н;

P_б - сила трения навоза о боко­вую стенку лотка, Н;

Р'_з, Р'^,_з - силы, учитывающие заклинивание навоза между скребком, цепью и лотком, Н.

1-лоток; 2-цепь тяговая; 3-скребок; 4-тело волочения.

Рисунок 15.1- Схема к oпределению сопротивления движению навоза,

перемещаемого одним скребком:

Сопротивление от трения навоза по дну лотка равно

Н (15.2)

где m - массанавоза между двумя скребками (тело волочения), кг;

¦ - динамический коэффициент трения навоза о поверхность дна лотка.

Сопротивление от трения навоза о боковую стенку лотка

h (15.3)

где N_б - боковая нормальная сила давления навоза на стенку; н;

¦₁ - динамический коэффициент трения навоза о боковую по­верхность

лотка.

В результате экспериментов с тензометрической тележкой была получена следующая зависимость:

или (15.4)

где n - условный коэффициент бокового давления ( n = 0,5...0,6);

k_a - коэффициент, учитывающий угол отклонения скребка (k_a= 1,02... 1,06).

ОбозначимР_з =Р^,_з +Р^,,_з, тогда формулу (15.1) можно предста­вить в следующем виде:

н (15.5)

где Р₃ - усилие от заклинивания навоза, приходящееся на один скребок (по

экспериментальным данным Р₃ =(15...20Н);

К_¦ - коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления движению при

образовании тела волочения (преодоление прилипаемости (К_¦ =

1,1...1,3).

Общее тяговое сопротивление всего транспортера определится по формуле:

или

н (15.6)

где L₁, - длина рабочей части транспортера м;

i - шаг скребков, м;

q₀ - сопротивление холостого хода 1 погонного метра транспорте­ра

(q_o =20...30 Н/п. м.);

L - периметр цепи транспортера, м.

Производительность цепи транспортера рассчитывают по следую­щей зависимости:

,т/ч (15.7)

где G_сут - масса навоза, убираемого транспортером за сутки (вы­ход навоза от

обслуживаемого поголовья), кг;

Т_ц - время одного цикла работы транспортера (Т_ц =L/u), мин;

K_уб - кратность работы транспортера в течение суток (при привяз­ном содержанииКРС К_уб =3...5 раз).

Потребную мощность электродвигателя для привода транспортера рассчитывают по одной из формул:

или Вт (15.8)

где u - скорость транспортера, м/с;

h - КПД передаточного механизма транспортера;

М_кр - крутящий момент на ведущей (тяговой) звездочке транс­портера

(М_кр =PR H·M, где R - радиус звездочки);

w - угловая скорость ведущей звездочки (u= w R, м/с), с^-1.

Литература

1. Мельников С.В. Технологическое оборудование животноводческих ферм и комплексов. – Л.: Агропромиздат, 1985.

2. Галкин А.Ф. Основы проектирования животноводческих ферм. –М.:: Колос, 1975.

3. Барышников В.Ф., Абдыров А.М., Рустембаев Б.Е. и др. Механизация технологических процессов в животноводстве. – Астана: КазАУ, 2002.

4. Белянчиков Н.Н., Смирнов А.И. Механизация животноводства. – М.:Колос, 1983.

5. Белянчиков Н.Н., Беляхов И.П., Кожевников Г.Н. и др. Механизация технологических процессов. – М.: Агропромиздат, 1989.

6. Рыбаков М.И., Полозов П.Л. Комплексная механизация овцеводства. –Алма-Ата: Кайнар, 1986.

7. Нуртаев Ш.Н. Механизация уборки и утилизации овечьего навоза. – Алма-Ата: КазСХИ, 1986.

8. Алешкин В.Р., Рощин П.М. Механизация животноводства. -М.: Агропромиздат, 1985.

9. Карташов Л.П., Козлов В.Т., Аверкиев А.А. Механизация и электрификация животноводства. – М.: Колос, 1979.

10. Брагинец Н.В., Палишкин Д.А. Курсовое и дипломное проектирование по механизации животноводства. – М.: Колос, 1991.

11. Доценко В.М., Коровин В.В., Абдыров А.М. Механизация технологических процессов на животноводческих и птицеводческих фермах. – Астана: КазАУ, 2002.