авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< 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 |

Технологии и технические средства интенсификации производства органических удобрений на фермах крупного рогатого скота

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

МИРОНОВ Владимир Витальевич ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ НА ФЕРМАХ КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Мичуринск - Наукоград 2010 2

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреж дении высшего профессионального образования «Мичуринский государственный аграрный университет» на кафедре «Прикладная механика и конструирование машин» Научный консультант доктор технических наук, профессор академик РАСХН Завражнов Анатолий Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук Гриднев Павел Иванович доктор технических наук, профессор Бондаренко Анатолий Михайлович доктор технических наук, профессор Булавин Станислав Антонович Ведущая организация – Государственное научно-исследовательское учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственного ис пользования мелиорированных земель (ГНИУ ВНИИМЗ).

Защита состоится «»_20 г. в часов на заседании Дис сертационного совета ДМ 220.041.03 в Федеральном государственном образова тельном учреждении высшего профессионального образования «Мичуринский государственный аграрный университет» по адресу: 393760, Тамбовская область, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, д. 101, зал заседаний диссертационных советов.

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

Автореферат разослан «»_20 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. Навоз является важнейшим сырьем для производст ва органических удобрений, необходимых для сохранения и повышения плодо родия почвы. Ежегодный выход навоза в России составляет около 250 млн. тонн и ожидается его увеличение к 2020 году за счет реконструкции существующих и строительства новых ферм и комплексов. Вместе с тем, переработка навоза тре бует значительных энергозатрат, а получаемые органические удобрения должны быть полностью обеззаражены от всхожих семян сорняков, патогенной микро флоры и личинок гельминтов, а также, в сравнении с исходным сырьем, характе ризоваться пониженной влажностью и увеличенной концентрацией питательных элементов растений.

Решение этого вопроса возможно осуществить за счет внедрения высокотех нологичных линий и цехов переработки навоза в качественное органическое удобрение. В тоже время применение таких энерговооруженных технических систем приводит к увеличению затрат на производство удобрений в 3-5 раз, что в свою очередь ведет к убыточности их использования, так как прибавочный продукт сельскохозяйственных культур не окупает произведенные затраты.

Таким образом сложилась проблемная ситуация: с одной стороны качест венные органические удобрения необходимы для повышения плодородия почвы, с другой стороны их производство старыми способами и средствами требует уве личения затрат, что не окупается прибавкой урожайности от их использования.

В связи с создавшейся ситуацией возникает актуальная научная проблема разработки ресурсосберегающих технологий производства органических удобре ний на базе новых более эффективных средств механизации процесса с опти мальными, научно обоснованными конструктивно-режимными параметрами.

Работа выполнена в соответствии с:

- планом НИР ФГОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный уни верситет» по теме «Разработать рациональные технологии производства и ис пользования сельскохозяйственного сырья» на 2000-2005 гг.;

- программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса РФ на 2006 2010 гг.: шифр 09.01.04 - Разработать высокопроизводительную технику нового поколения для производства конкурентоспособной продукции животноводства и птицеводства, производства комбикормов в хозяйствах, уборки, переработки на воза и подготовки высококачественных органических удобрений;

- государственными контрактами на выполнение НИОКР с Фондом содейст вия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере:

№2901р/5352 от 31.01.2005 на тему «Разработка и создание аэрационного биоре актора для переработки отходов животноводства в органическое удобрение», срок выполнения 31.01.2006;

№4267р/5352 от 26.06.2006 на тему «Разработка и создание комплекта машин и оборудования для переработки отходов животно водства в органическое удобрение», срок выполнения 01.07.2007;

№5394р/ от 01.10.2007 на тему «Разработка и создание поточной технологической линии переработки отходов животноводства в органическое удобрение», срок выполне ния 01.10.2008.

Цель исследований. Снижение энергозатрат при производстве высококаче ственных органических удобрений путем совершенствования технологии и тех нических средств ускоренного компостирования.

Объект исследований. Технологический процесс производства органиче ских удобрений и средства его обеспечения.

Предмет исследований. Закономерности взаимодействия рабочих органов машин и устройств с сырьем и готовым продуктом. Физико-механические, теп лофизические и агрохимические свойства соломонавозной смеси и готового удобрения.



Методика исследований. Методологической основой явились системный подход, математическое и физическое моделирование. Исследования базируются на теории сложных систем, теории тепломассопереноса, законах сохранения мас сы и энергии, теории фильтрации. При экспериментальных исследованиях ис пользованы методика планирования экспериментов, частные методики, стандарт ные измерительные приборы, оригинальные лабораторные установки.

Научная новизна. На основе рассмотрения взаимодействия объектов «Че ловек – машина – растение – животное – продукт – окружающая среда» разра ботана биотехнологическая система производства органических удобрений (БТС ПОУ).

Предложен новый поточно-непрерывный способ производства органических удобрений методом ускоренного компостирования, включающий: подготовку компостной смеси машиной, биотермическое обеззараживание смеси в установке и созревание компоста в буртах.

Разработан комплекс математических моделей, описывающих процессы БТС ПОУ и включающий: модель взаимодействия рабочих органов машины для при готовления компостов с компостируемым материалом;

модель термодинамиче ского процесса биохимического разложения органического вещества в верти кальной компостирующей установке;

модель фильтрации газов в компостируе мом материале;

модели сводообразования и сводоразрушения в корпусе установ ки;

модели взаимодействия рабочих органов устройств снижения уплотнения и разгрузки с компостируемым материалом;

энергетические модели технологиче ских процессов работы машины и устройств.

Получены количественные характеристики физико-механических, теплофи зических и агрохимических свойств соломонавозной смеси и готового органиче ского удобрения.

Практическая ценность. Результаты исследований являются основой для совершенствования существующих и создания новых способов и средств произ водства органических удобрений из навоза.

Разработаны технические условия ТУ 9816-001-71254916-2006 на органиче ское удобрение «Компост из навоза КРС и соломы» и технологическая инструк ция на его производство.

Получены рациональные параметры новых технических средств БТС ПОУ, позволяющие снизить энергоемкость процессов подготовки и обеззараживания компостных смесей, формирования и рыхления буртов, представляющие практи ческий интерес для проектно-конструкторских организаций.

Созданы программные средства для инженерного расчета конструктивных параметров и режимов работы машины для приготовления компостов, верти кальной компостирующей установки, устройств снижения уплотнения и дисково фрезерного устройства разгрузки установки.

Предложенные технологические и технические решения включены в Страте гию машинно-технологического обеспечения производства продукции животно водства на период до 2020 г.

Реализация результатов исследований. Производственные испытания ма шины для приготовления компостов и вертикальной компостирующей установки проводились в ОАО «Голицино» Никифоровского района, Тамбовской области с 2002 по 2003гг.;

в фермерских хозяйствах: «Орлов», «Алена», «Татьяна», «Сали ково» Тамбовской области с 2005 по 2008гг.;

в ООО «Май» с. Троицкое Липец кой области с 2005 по 2007гг.;

ТОГУП «Тепличное» г. Тамбов с 2005 по 2009гг.;

в ООО «Племзавод «Вишневое» Староюрьевского района Тамбовской области с 2004 по 2005гг.

Технология подготовки органических удобрений в буртах внедрена в ФГУП учхоз-племзавод «Комсомолец» Тамбовской области в 2006г. Ежегодно произво дится более 1000 т удобрений, используемых для повышения плодородия почвы при производстве посадочного материала.

Технология производства товарного компоста в установке внедрена в науч но-производственной фирме ООО «Мичуринское плодородие» г. Мичуринск, Тамбовской области в 2005г. Ежегодно производится и реализуется более 50т вы сококачественных фасованных органических удобрений под торговой маркой «ГУМУС для цветов и рассады» и «ГУМУС - Плодовые». Создание технологиче ской линии осуществлялось при финансовой поддержке Фонда содействия разви тию МП НТС по проекту №5352 от 31.01.2005, а также по гранту Американского фонда гражданских исследований и развития (CRDF) #RUT1-6124MI-06-04 от 12.01.2006.

Методические материалы по моделированию работы средств производства органических удобрений используются в учебном процессе ФГОУ ВПО «Мичу ринский государственный аграрный университет» и ГОУ ВПО «Тамбовский го сударственный технический университет».

Научные положения, выносимые на защиту:

- обоснование биотехнологической системы производства органических удобрений, состоящей из 5-ти подсистем: сбор и хранения сырья, приготовление компостной смеси машиной, предварительное компостирование, биотермическое обеззараживание и созревание органического удобрения;

- математические модели технологических процессов и технических средств производства органических удобрений, учитывающие факторы влияния на энер гоемкость их работы: физико-механические, теплофизические и агрохимические свойства исходного сырья и их изменение в процессе переработки, конструктив ные параметры рабочих органов и режимы работы устройств;

- конструктивно-технологические схемы, оптимальные и рациональные кон структивные параметры и режимы работы машины для приготовления компостов и вертикальной компостирующей установки.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докла дывались и обсуждались ежегодно с 2000 по 2010 гг. на научных конференциях Мичуринского государственного аграрного университета, с 2003 по 2010 гг. на международных научно-практических конференциях Всероссийского научно исследовательского и проектно-технологического института механизации живот новодства Россельхозакадемии.

Отдельные материалы диссертации доложены и одобрены на научных кон ференциях и выставках: Белгород, БелГТАСМ, 2002;

Кострома, КГСХА, 2003;

Брянск, БГСХА, 2003;

Воронеж, ВГАУ, 2003;

Ставрополь, СГАУ, 2003;

Воронеж, ВГАУ, 2003;

Москва, ВНИИА, 2004;

Москва, ВВЦ, 2004;

Рязань, РГСХА, 2004;

Москва, ВИМ, 2005;

Саратов, СГАУ им. Вавилова, 2006.

Теоретические и экспериментальные исследования с производственной реа лизацией результатов удостоены областного гранта администрации Тамбовской области за 2009 г.;

золотых медалей «За разработку машины для приготовления компостов РБП-1» и «За разработку высокоэффективного экологически безопас ного органического удобрения «ГУМУС - Плодовые» Всероссийской выставки «День садовода» 2008 г.;

сертификата Соответствия технической способности в компостировании Университета штата Мэн, США, 2006 г.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 67 науч ных трудах, в т.ч. 17 статьях в рецензируемых научных изданиях, рекомендуемых ВАК, 10 патентах на изобретения и полезные модели.

В работе использованы материалы и результаты исследования автора и ре зультаты, полученные совместно с сотрудниками кафедры «Прикладная механи ка и конструирование машин» МичГАУ.* Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Объем диссертации составляет 388 страниц основного текста, содержит 164 рисунка, 29 таблиц, биб лиографический список из 302 наименований, из них 84 на иностранных языках и 16 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность проблемы, сформулированы цель ис следований и основные положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе «Состояние проблемы. Цель и задачи исследований» приве ден анализ состояния технологических процессов уборки, хранения и переработ ки навоза.

Разработке и совершенствованию технологий ускоренной биоферментации органического сырья посвящены работы научной школы под руководством ака демика Россельхозакадемии Н.Г. Ковалева: Малинина Б.М., Туманова И.П., Ра бинович Г.Ю., Сульмана Э.М., Фомичевой Н.В., Рабиновича Р.М. Представлены результаты многолетних исследований процесса твердофазной биоферментации органического сырья и агрономической оценке качества готового удобрения.

На основании анализа работ Гриднева П.И., Капустина В.П., Ковалева А.А., Денисова В.А. Ковалева Д.А. дан обзор технологий и технических систем уборки, * В решении отдельных вопросов принимали участие аспиранты Колдин М.С., Никитин П.С., Криволапов М.В.

транспортировки и переработки навоза.

Большой научный вклад в исследование теплофизических, физико механических, массообменных и агрохимических процессов происходящих в компостных смесях в процессе переработки внесли ученые: Афанасьев В.Н., Ту ваев В.Н., Лопес де Гереню В.О., Афанасьев А.В., Минеев Л.Н., Сабуров С.В., Винаров А.Ю., Мишустин Е.Н., Гуляев Н.Ф., Мирный А.Н., Менес В.Г., Черес ленко В.Н., Sundberg C., Brinton W.

На основании работ данных авторов проведен анализ теоретических иссле дований тепло- и массообменных процессов при компостировании в буртах на открытых площадках и в камерных установках.

Комплексной механизации процессов уборки и переработки навоза и помета посвящены работы ученых Петренко И.М., Гриднева П.И., Коваленко В.П., Лы сенко В.П., Бондаренко А.М., Завражнова А.И., Лукьяненкова И.И. и др., на ос нове которых проведен анализ теоретических предпосылок к совершенствованию технологических процессов и технических средств компостирования.

Выполнен обзор теоретических и экспериментальных исследований взаимо действия рабочих органов навозоразбрасывателей и погрузчиков навоза с мате риалом на основании анализа работ Павловского И.В., Догановского И.В., Коз ловского Е.В., Марченко Н.М., Личмана Г.И., Шебалкина А.Е., Макарова В.А., Спевака Н.В., Павлова П.И., Демина Е.Е. и др.

Технико-экономические результаты практической реализации камерных технологий компостирования были проанализированы по работам Мхитаряна Г.А., Пузанкова А.Г., Семенцова А.Ю., Мишурова Н.П.

Проведен теоретический анализ процессов резания сельскохозяйственных материалов по работам Горячкина В.П., Желиговского В.А., Резника Н.Е. и др.

Теоретический анализ процессов сводообразования проведен по работам Зенкова Р.Л., Цытовича И.В., Гячева Л.В. и др. Недостаточно сведений о процессе сводо образования таких материалов, как навоз, соломонавозная смесь.

На основании анализа состояния проблемы автором предложена классифи кация технологий переработки навоза, способов компостирования, мобильных и стационарных технических средств компостирования.

Установлено, что наиболее распространенными в хозяйствах различных ре гионов Российской Федерации и стран СНГ являются следующие технологии:

- производство компостов из навоза на грунтовых площадках с использова нием погрузчика непрерывного действия ПНД-250 (разработчики - ВНИПТИОУ, ВНИПТИМЭСХ, СЗ НИИМЭСХ и др.);

- производство компоста многоцелевого назначения (КМН) в биофермента торе (разработчик – ГНИУ ВНИИМЗ).

При решении поставленной проблемы выдвигается гипотеза о наличии тес ной взаимосвязи снижения энергозатрат и повышения качества удобрений с оп тимизацией технологии и технических средств ускоренного компостирования.

На основе проведенного анализа в соответствии с поставленной целью сформулированы задачи исследований:

- разработать энергосберегающую биотехнологическую систему производ ства органических удобрений;

- разработать технологические процессы и технические средства производ ства органических удобрений способом ускоренного компостирования;

- разработать математические модели описания технологических процессов;

- исследовать физико-механические, теплофизические и агрохимические свойства компостируемых материалов;

- экспериментально проверить математические модели и провести оптими зацию технологических процессов и технических средств;

- провести производственные испытания разработанных технологических процессов и технических средств и дать технико-экономическую оценку эффек тивности их использования.

Во второй главе «Разработка биотехнологической системы производства органических удобрений способом ускоренного компостирования» представлен анализ параметров и факторов оптимизации биотехнологической системы произ водства органических удобрений.

В результате исследований и экспериментов в условиях действующего про изводства органических удобрений из навоза КРС и соломы в биоферментаторе производительностью 5м3/сут. (разработчик ГНИУ ВНИИМЗ) намечены пути со вершенствования технологических процессов и применяемых технических средств.

Сложность явлений (механического, физического и биологического характе ра), протекающих в технологических процессах накопления и хранения навоза, смешивания его с соломой, компостирования и превращения в полезные для поч вы и растений органические удобрения, а также наличие многообразных техни ческих средств позволяет отнести их к сложной биотехнологической системе производства органических удобрений (БТС ПОУ), являющейся составной ча стью большой системы «Человек – машина – растение – животное – продукт – окружающая среда». Способом ее исследования принят системный подход, а средством – системный анализ.

Необходимость применения системного анализа диктуется ростом противо речий экологического (загрязнение окружающей среды навозом), технического (несовершенство технических средств), экономического (высокие затраты на соз дание систем производства органических удобрений) и социального (использова ние органических удобрений для производства высококачественной сельскохо зяйственной продукции) характера.

Математическая модель БТС ПОУ, рису нок 1, может быть записана следующим обра зом y расч = ( x, T, K, S, A,V ), (1) где y расч - вектор выходных переменных;





Рисунок 1 – Схема входных и вектор-функция;

x - вектор входных перемен выходных переменных системы ных;

T - вектор режимных переменных;

K вектор конструктивных переменных;

S - вектор, характеризующий топологиче ские особенности технологической схемы производства;

A - вектор типовых ма шин и устройств;

V - вектор, характеризующий физико-биохимический способ производства.

Этапы системы формализуются моделями, рисунок 2: этап I – накопления на воза и соломы;

этап II – механического перемещения;

этапы III и V – биохимиче ского превращения;

этап IV - необратимой термодинамической, влагопереноса, фильтрации газов, механического перемещения и равновесия.

I-V этапы, в т.ч. I – сбор, каран тирование навоза и хранение со ломы;

II – приготовление ком постной смеси;

III – предвари тельное компостирование;

IV – биотермическое обеззаражива ние;

V – созревание компоста;

1, 4 – смешивание;

2,17 – хране ние и накопление;

3,7,14 – фор мирование бурта;

5 – измельче ние;

6,11 – рыхление;

8,10,15 – биотермическое разложение;

9,12,16 – воздухообмен;

13 – фильтрация;

L1-L18 - материаль ные потоки Рисунок 2 – Схема операторной модели БТС ПОУ: I, II,V – этапы технологии приготовления органического удобрения в буртах;

I-V – этапы производства высококачественного органического удобрения в установке Для характеристики совершенства производства используется коэффициент энергетической эффективности DОGО + DП GП + DГ GГ KЭ =, (2) Z ПР + Z ВН + ZУБ где DО, DП, DГ – энергетический эквивалент основной и побочной продукции, энергосодержание гумуса, МДж/т;

GО, GП, GГ – прибавка урожая основной и до полнительной продукции, прирост массы гумуса, т;

ZПР, ZВН, ZУБ – энергозатраты на производство, внесение удобрений, уборку дополнительного урожая, МДж/т.

В БТС ПОУ недостаточно разработанными этапами являются «приготовле ние компостной смеси» и «биотермическое обеззараживание», которые в сово купности составляют 19-24% всех энергозатрат и оказывают значительное влия ние на качество конечного продукта и эффективность его использования.

1 – трактор;

2 – компостируемый материал;

3 – рабочие органы машины;

4 – уст ройство снижения уплотнения;

5 – устройство разгрузки Рисунок 3 – Схема машины для приготовления компостов (а) и вертикаль ной компостирующей установки (б) Для интенсификации отмеченных этапов системы разработаны эффективные средства производства: машина для приготовления компостов, рисунок 3 (а), с рабочими органами в виде пяти лопастных барабанов и вертикальная компости рующая установка, рисунок 3 (б), снабженная устройствами снижения уплотне ния в виде системы тросов и дисково-фрезерным устройством разгрузки.

В третьей главе «Математическое моделирование биотехнологической сис темы производства органических удобрений» представлены теоретические ис следования процессов взаимодействия рабочих органов устройств с компости руемым материалом, сводообразования и сводоразрушения материала, процессов тепло- и влагопереноса, воздухообмена и биохимического разложения органиче ского вещества.

Соломонавозная смесь может быть представлена моделью вязкопластическо го тела, состоящего из твердого скелета соломы в виде пространственной волок нистой системы, полужидкого и газообразного вещества, заполняющего про странство между твердыми элементами. Указанная модель хорошо объясняет причины, по которым деформация соломонавозной смеси является функцией на грузки, времени ее действия и скорости, с которой она развивается.

Этап БТС ПОУ «обработка компостной смеси машиной» заключается в вы полнении следующих технологических операций: забор материала из бурта, его измельчение, перемешивание, рыхление и формирование бурта с заданными раз мерами. Осуществление рабочего процесса машины для приготовления компо стов заключается во взаимодействии рабочих органов (барабанов-измельчителей и верхнего барабана-ускорителя) с обрабатываемым материалом, рисунок 4.

При работе машины первый барабан Б1 перемещается в компостируемом материале со скоростью движения агрегата vагр (переносное движение) и враща ется относительно собственной оси с угловой скоростью 1 (относительное дви жение). Траектории движения каждой точки лопастей барабана в абсолютном движении представляют собой трохоиду.

Первый барабан отделяет от бурта часть компостируемого материала, вели чину которой можно характеризовать площадью и объемом отделяемой «струж ки», а также длиной траектории, по которой движется лопасть.

Площадь между двумя витками трохоиды находится по следующей зависи мости 2 v агр rб sin (1t1з 2 ) S1 = (1rб2 t1з v агр rб t1з sin (1t1з ) ) +, (3) где rб радиус барабана, м;

t1з время нахождения лопасти первого барабана в бурте, с.

Объем материала, отделяемого от массива одной лопастью V1 = k 0 S1b л, (4) где k 0 коэффициент заполнения лопасти;

bл ширина захвата материала одной лопастью, м.

Длина траектории движения лопасти в бурте определяется по формуле l1 = v e1 t1з, (5) где v e1 = 1rб окружная скорость вращения первого барабана, м/с.

Рисунок 4 – Анализ силового взаимодействия барабанов машины с компостируе мым материалом После выхода лопасти из бурта начинается процесс схода частиц материала.

Условие сбрасывания частиц с лопасти имеет вид FиnА Fтр.nА + PnАu, (6) где FиnА = mn rбn сила инерции, Н;

mn - масса частицы, кг;

n угловая скорость вращения n-го барабана, с-1;

Fтр.nА = µ N nA сила трения, Н;

µ коэффициент трения компостируемого материала по лопасти;

N nА сила нормальной реакции, Н;

PnА = mn g cos nА сила тяжести, Н;

nA угол схода материла, рад.

Решение неравенства (6), определяет выражение для радиальной состав ляющей абсолютной скорости вылета частицы rбn µg cos nA g sin nA v rAn = 2 µn. (7) Значение абсолютной скорости вылета в плоскости вращения барабана оп ределяется геометрическим суммированием ее радиальной (7) и окружной v en = n rб составляющих, с учетом поправки на осевую скорость движения (Пав ловский И.В.) v 2 + v en v 0 Аn = rАn 1 sin 2 cos 2, (8) где – угол наклона лопасти к плоскости, перпендикулярной плоскости враще ния, рад.

После вылета частицы с лопасти в процессе полета на нее действуют сила тяжести P и сила сопротивления воздушной среды, находящаяся в квадратичной зависимости от скорости полета (Марченко Н.М., Личман Г.И., Шебалкин А.Е.) Rc = k П mn v П, (9) где kП коэффициент парусности частицы, м-1;

v П скорость полета частиц, м/с.

Соотношение действующих сил, приложенных к частице во время полета, записанное в дифференциальной форме, составляет d d r = g + kП r dt dt ПАn ПАn, (10) где r радиус вектор движущейся частицы, м;

t ПАn время полета частицы с ло пасти n-го барабана, с.

Далее, проецирование составляющих уравнения (10) на координатные оси, разделение переменных и интегрирование полученных уравнений, позволяет оп ределить законы движения частиц относительно базовой координатной системы ХOY, м ln (k П t ПАn + C А1n ) + C А 2 n x Аn = kП, (11) ( ( )) gk П (t ПАn + C А3n ) + С А 4 n y Аn = ln 1 + tg 2k П, (12) где C А1n, C А2 n, C А3n, C А4 n коэффициенты, характеризующие начальные условия по C А2 n = (n 1) (2rб + 1 ) rб cos Аn ln (C А1n ) C А1n = v 0 Аn cos 0 Аn, kП лета,, k arctg П v 0 Аn sin 0 Аn C А3 n = g С = ( n 1) ( 2r + ) sin + r sin + gk П, А4n б 1 б б Аn ( )) ( + ln 1 + tg 2 gk П C А3n 2k П.

Основные затраты мощности машины связаны с совершением рабочими ор ганами соответствующей работы на преодоление моментов от сил сопротивления в плоскости вращения, затрат энергии на вылет частиц с лопастей барабанов, а также работы на преодоление сил инерции.

Общее выражение для определения приводной мощности рабочих органов можно представить в следующем виде N = Nc + Np + Nв + Nu, (13) где Nc мощность, затрачиваемая на преодоление рабочими органами сил сопро тивления, Вт;

Np суммарная мощность, требуемая на преодоление сопротивле ния от веса материала, Вт;

Nв суммарная мощность, необходимая для сообще ния лопастями барабанов энергии вылета частицам материала, Вт;

Nи суммар ная мощность, требуемая на преодоление сил инерции барабанами, Вт.

Выходное уравнение для определения мощности N = ( см S z bл sin ( ) + сд ( l1 bл + S1 ) ) v e1 z1 + mm acm zm v em cos ( m ) + rб1 Pt1 z1 ( sin (1н ) + 1) rбm Ptm zm ( sin ( mн ) + cos ( б ) ) + + +, (14) 1 з mз m= mn v0 n 2n zn J 5 + + n n n =1 2 ( nк nн ) n =1 где см нормальное напряжение смятия материала, см = f (w ), Па;

сд каса тельное напряжение сдвига материала, сд = f (w ), Па;

S z подача массы на обо рот барабана, м;

J n момент инерции вращения n-го барабана относительно оси, кг·м2, nн, nк углы начала и окончания схода материла с лопастей n-го бараба на, рад;

zn число лопастей n-го барабана;

m=2,3,4,5 – индекс номера барабана.

Производительность машины определяется выражением 2 v агр rб sin (1t1з 2 ) k0 bл (1rб2 t1з v агр rб t1з sin (1t1з ) ) + 2, (15) Q= t1з где см - плотность компостной смеси, кг/м3.

Энергоемкость, являющаяся важнейшим показателем степени совершенства машины для приготовления компостов по экономичности и ресурсосбережению, определяется отношением N E =, Дж/кг. (16) Q Этап БТС ПОУ «биотермическое обеззараживание смеси в камерной уста новке» реализуется с помощью вертикальной компостирующей установки и включает математические модели: термодинамического процесса, фильтрации газа, сводообразования, сводоразрушения и перемещения компостируемого мате риала.

Непрерывный режим работы вертикальной установки основан на механиче ском перемещении компостируемого материала внутри корпуса сверху вниз и движении потока аэрирующего воздуха в противоположном направлении.

Материал в корпусе установки раз делен по высоте с помощью, как мини мум одного, устройства снижения уп лотнения 4, см. рисунок 3 (б). Далее, введем понятие «слой» - определенный объем компостируемой смеси (длиной ас, шириной bс, высотой h) находящийся в корпусе установки на устройстве сниже ния уплотнения.

Рассмотрим тепловые и воздухооб менные процессы, происходящие в сред Рисунок 5 – Схема температурного нем слое компостируемой смеси в уста поля в слое компостируемой смеси новке. Слой c 4-х боковых граней тепло изолирован от окружающей среды стенками установки, а по нижней и верхней грани соприкасается со смежными слоями. Тепловой режим в слое будет опреде ляться интенсивностью выделения тепла и условиями его отвода в окружающую среду, рисунок 5.

Поток тепла, выделяющегося в слое компостируемой смеси в результате раз ложения органического вещества в единицу времени, равен Nb,. Тогда потоки те пла, вышедшие из слоя за счет испарения влаги, конвекции, теплопередачи в смежные слои и через изоляцию боковых сторон в окружающую среду в единицу времени равны, соответственно, Nw, Nk, Nm и Nu.

Разница между этими величинами согласно закону сохранения энергии рав на количеству тепла, аккумулированному слоем, dt N b N w N k N m N u = M смСсм, (17) d где М см - масса слоя компостируемой смеси, кг;

Cсм - теплоемкость компостной смеси, Дж/кг*0К;

dt / d - изменение температуры массы в слое от времени.

Возникающие в слое тепловые потоки можно получить путем дифференци рования по времени количества тепла, получаемого и расходуемого компости руемым материалом dQb dQw dQk dQm dQu dt = M смСсм, d d d d d d где Qb - количество теплоты, выделяемой при разложении органического вещест ва, Дж;

Qw - потери тепла на испарение влаги, Дж;

Qk - потери тепла за счет кон векции, Дж;

Qт - потери тепла за счет теплопередачи между смежными слоями, Дж;

Qи - потери тепла через изоляцию боковых сторон, Дж.

Уравнение количества тепла образующегося в результате разложения орга нического вещества будет иметь вид Qb = h s см VC, (18) где h – высота слоя компостируемого материала, м;

s – площадь основания слоя, м2;

=42*103Дж/кг – энергия, выделяющаяся при разложении 1% органического вещества на 1 кг компостируемой смеси (Гуляев Н.Ф.);

VC - скорость разложения органического вещества, в пересчете на углерод, %/с;

- длительность цикла компостирования, с.

Выражение для определения количества теплоты, затраченной на процессы испарения и конденсации влаги Qw = 3,9451103 vв s воз и (e0,062(t 273) e0,062(tн 273) ), (19) где в - скорость воздуха в установке, м/с;

воз - плотность воздуха, при нормаль ных условиях, кг/м3;

и - удельная скрытая теплота испарения воды, Дж/кг.

Количество теплоты, перемещаемое аэрирующим воздухом, Qк = vв s воз Своз (t tн ), (20) где Своз – удельная теплоемкость воздуха, Дж/(кг* оК).

Суммарное количество тепла, переданное смежным слоям за счет теплопро водности s см ( 2t tн tВ ), Qт = (21) h где см - коэффициент теплопроводности компостируемой смеси, Вт/м*оК;

tВ – температура верхнего слоя компостируемой смеси, оК.

Количество теплоты, переданное через ограждение конструкции 2h(aс + bс ) и Qи = (t tнар ), (22) и где и - коэффициент теплопроводности материала стенки, Вт/м*оК;

и - толщина стенки, м;

ас и bс – длина и ширина основания слоя, м.

Рассмотрим закономерности естественного воздухообмена слоя компости руемого материала, находящегося внутри вертикальной установки. При устано вившемся режиме в установке геометрический напор, возникающий от разности между весами столба наружного воздуха и столба газа выходящего из установки, должен быть равен сопротивлению движению аэрирующего воздуха в поровых каналах в h h g ( в г ) = в, (23) KП где в, г - плотность поступающего и отводимого в установку воздуха, кг/м3;

K П - коэффициент проницаемости компостируемого материала, м ;

- кинемати ческая вязкость воздуха при нормальных условиях, м2/с.

Тогда скорость воздуха в установке в зависимости от температуры компо стируемой массы может быть найдена по выражению K g t vв = П 1 н. (24) t После подстановки выражения (24) в уравнения количеств тепла (19) и (20), примем следующие величины за постоянные во времени: A = h s см, 3,9451*103 s воз и K П g 0, 062 ( t н 273),D =e, С= B = h s см Ссм, s см I = t + t E = KП g s воз Своз Z = 2h(aс + bс ) и, В,,.

G= и н h Продифференцировав составляющие (18-22) уравнения баланса потоков (17) по времени, получим математическую модель неравновесного термодинамиче ского процесса при компостировании t2 t dV G(I 2t) + E t 2tн + н Z ( tнар t ) AVC + C н 1 ( D e0,062t 16,926 ) A C d t t dt = C tн ( D e ) 0,062t 16,926. (25) d tн 0,062t 16,926 tн E 2 1 2G Z B + 0,062 C e 1 + t t t Начальные условия 0 = 0 ;

t0 = tн = t В = tнар = 283 K ;

VC = 0. (26) Граничные условия = 35сут ;

tmax = 3530 K ;

VC 40%. (27) Таким образом, экспериментально определив скорость разложения органи ческого вещества VC при компостировании, и ряд физико-механических и тепло физических свойств компостируемых материалов, решая дифференциальное вы ражение (25) численными методами при начальных (26) и граничных (27) усло виях, можно получить математическую модель биотермической обработки мате риала в вертикальной установке. С помощью математической модели можно ис следовать температурный режим в установке, как наиболее обобщенный показа тель качества обеззараживания материала.

При компостировании в вертикальных установках важную роль играют про цессы самоуплотнения и сводообразования, которые ухудшают воздухообмен и затрудняют перемещение материала.

Рассмотрим процесс уплотнения материала под собственным весом с тече нием времени и определим условия работы технического средства, которое пре дотвращает это явление. Степень уплотнения является функцией высоты мате риала h и времени 1 h ср (h, ) = (h, )dhd. (28) h 0 Зная начальную плотность материала и закономерность изменения степени уплотнения (28), определяем значение пористости, 0, 01 w 1 0, 01 w m ( h, ) = 1 н ( h, ), (29) + w т где н начальная (насыпная) плотность материала, кг/м3;

w влажность мате риала, %;

w – плотность воды, кг/м3;

т плотность твердой фазы материа ла, кг/м.

Зависимость расстояния между тросами устройства снижения уплотнения, рисунок 6, от высоты материала получена из условия сводообразования [ ] 2 (н ср (h ) g h + с ) z (h) = св a, (30) н ср (h ) g max где с,, z экспериментальные константы, харак теризующие свойства данного материала в уравне нии сд = [( + с ) ] z (Зенков Р.Л.), где сд - каса тельное напряжение сдвига, Па;

нормальное напряжение сжатия, Па.

Расстояние между тросами, при котором будут разрушаться своды под действием гравитационного подпора, будет иметь вид h + z Рисунок 6 Схема сводо- (h )dh g h + с 2 н образования h a max (h ) = пр.

(31) h + н g (h )dh h Процесс разрушения сводообразующего слоя в динамике рассмотрен на примере взаимодействия двух соседних тросов. Каждая точка троса, по мере раз матывания, изменяет направление своего перемещения, рисунок 7.

Величина линейной подачи троса st, при которой будет разрушена сводооб разующая область слоя, определяется уравнением st = Н р / cos, (32) где коэффициент скольжения, зави сящий от усилия, с которым трос дейст вует на материал;

угол наклона каса тельной линии прогиба троса в иссле дуемой точке, рад.

Допустим, что трос устройства представляет собой абсолютно гибкую Рисунок 7 Схема сводоразрушения нерастяжимую нить. Дифференциальное уравнение равновесия нерастяжимой нити, находящейся под действием верти кальной нагрузки, распределенной по горизонтали, имеет вид dy + q ( x )dx = 0, (33) d F dx где F постоянная интегрирования, равная проекции силы натяжения нити в любой ее точке на горизонтальную ось х, Н;

q (x ) распределенная по оси х сила, Н/м. По вторным интегрированием приводим уравнение (33) к виду x С1 х Q( х )dx + С 2, (34) y= F F х Q(х ) = q(x )dx где - сосредоточенная сила, Н;

С1,С2 постоянные.

Угол наклона касательной в соответствующей точке равен (х ) = arctg ( y ' (х )). (35) Линейную подачу троса можно определить l/ dy ( x) st = l ро l = 1+ l, (36) dx l / где lро – полная длина троса, м;

l – ширина установки, м.

Трос действует на материал с усилием равным весу материала G, т.е.

N = Р п = G cos, (37) Изменение веса материала за счет частичного просыпания, по мере разматы вания троса, определяется выражением st cos( ( х) ) H + l/ к G (st ) = а g н (h )dh l Н dx. (38) ( х) к l / Соответственно, усилие, с которым трос действует на материал, будет s cos( ( х) ).

q(х ) = н а g H к t (39) ( х) Так же необходимо учесть, что для обеспечения свободного просыпания ма териал на тросах не должен касаться просыпанной части st cos( ( х) ) + hП + Z = H К при х = amax, (40) ( х) где hП величина прогиба рабочего органа, м;

Z зазор между материалом на тросах и просыпанной частью, м.

Тросы будут разматываться под весом материала до начала свободного про сыпания и возвращаться в исходное положение при помощи противовеса при вы полнении условия H к + m1 amax н Z r mП r (h)dh (1 + µ ) m1 (1 µ ), (41) Hк R n R где m1 масса материала, давящая на рабочие органы устройства в момент нача ла свободного просыпания, кг;

µ коэффициент трения материала о тросы;

r радиус барабана, м;

R радиус шкива с противовесом, м;

mП масса противове са, кг;

n – количество тросов, шт.

Анализируя уравнение (41), видим, что чем больше величина зазора Z, тем больше вероятность возврата рабочих органов в исходное положение. Поэтому за критерий эффективности динамического сводоразрушения устройством сниже ния уплотнения можно принять отношение зазора к высоте материала Z Эср =. (42) Нк Рациональные значения коэффициента эффективности динамического сво доразрушения Эср находится в пределах 0,5…0,9. При значениях Эср меньше 0, снижается вероятность беспрепятственного истечения материала, при этом уве личивается масса противовеса и повышается нагрузка на приводной механизм.

При значениях Эср=0,9…0,99 возможна самопроизвольная разгрузка устройства.

Система уравнений (32, 34-41) представляет собой математическую модель, описывающую процесс перегрузки компостируемого материала с этажа на этаж, которые образованы устройствами снижения уплотнения.

В донной части установки над выгрузным окном в материале возникают ка сательные напряжения, что приводит к появлению распорной реакции. Свод об разуется при условии равновесия вертикальной составляющей распорной реак ции и веса материала над выгрузным окном.

Высота стрелы свода с учетом угла наклона боковых стенок ст равна f = b tg(ст внеш) / 2, (43) где b - ширина выгрузного окна, м;

внеш – угол внешнего трения выгружаемого материала о материал стен корпуса установки.

При изменении ширины выгрузного окна происходит существенное измене ние характера образования свода и его устойчивость. Ширина окна, при которой возникают устойчивые своды, определяется зависимостью bсв = 2 сд 0 (1 + sin внут ) / см g, (44) где сд0 – начальное сопротивление сдвигу, Па;

внут - угол внутреннего трения.

Ширина окна, при которой наблюдается перемещение материала без сводо образования bн = 2 сд0 / см g mi, (45) где mi – коэффициент подвижности (Зенков Р.Л.).

При ширине выгрузного окна bсв b bн может образоваться свод, обладаю щий меньшей устойчивостью. Тогда при условии непрерывного разрушения сво да скорость поступления материала определяется следующим образом vп = ист 2,1 b g 6,8 сд 0 / см f вн ), (46) где ист – коэффициент истечения материала, зависящий от его физико механических свойств (0,2…0,35, при сд0=0,45…0,7 кПа) (Зенков Р.Л.);

f вн - ко эффициент внутреннего трения компостируемого материала.

Для начала свободного истечения мате риала необходимо разрушить образующийся свод на высоту tсв. Разрушение свода возмож но с помощью дисково-фрезерного устройства разгрузки. Устройство состоит из набора дис ковых фрез размещенных с определенным шагом pt, как минимум, на двух параллельных валах, установленных вдоль линии свода, ри сунок 8.

Количество валов определяется высотой Рисунок 8 – Схема устройства стрелы свода разгрузки bf f kв =, (47) 2 Rф где Rф – радиус фрезы, м.

Шаг установки фрез находится по выражению Rф сд 0 сos внут pt = 2. (48) см g На основании дифференциальных уравнений движения точки контакта ножа фрезы с материалом получено выражение для определения суммарной удельной мощности, затрачиваемой на единице длины устройства разгрузки, Вт/м sin2( +i ) ( ) sin2 ( +i ) +1 + m Rф 2фр сosi + g µ mп g Rф фр nн Nразг = +н bн hн (µ сos( +i ) sin( +i )) + В,(49) i= ( B 1) k ( Rф фр +vП C ( + sin()) фр ) / В sin в pt i фр где m – масса частицы материала, кг;

i – угол расположения i-го ножа фрезы в материале, рад;

– угол наклона ножа относительно радиуса фрезы в сторону наклонного резания (Резник Н.Е.), рад;

фр – угловая скорость фрез, с 1 ;

н - на пряжение резания, Па;

hн - длина рабочей кромки ножа фрезы, м;

bн – ширина ножа фрезы, м;

nн – количество ножей одной дисковой фрезы, шт.;

– угол пово рота фрезы относительно оси вращения, рад;

С = Rф фр vП / (Rф фр + vП )2 - пара метр движения;

mп – масса рабочих органов, кг;

– КПД привода устройства разгруз ки;

В – длина вала с набором дисковых фрез, м.

Производительность устройства разгрузки будет складываться из двух со ставляющих, доля которых в общей производительности определяется отноше нием высот фрезерования и свободного просыпания к полной высоте материала h tсв t Qист, (50) Q разг = св Qфр + h h где tсв/h – отношение толщины сводообразующего слоя к полной высоте материа ла над устройством разгрузки;

(h-tсв)/h – отношение высоты свободно просыпаю щегося материала к общей высоте материала;

Qфр – удельная производительность устройства разгрузки на разрушении свода см bн hн nн cos( ) фр b f f 2 Rф 2vп, кг/с*м;

(51) Qфр = + фр 2 Rф pt Qист - удельная производительность устройства разгрузки при свободном истече нии Qист = см vп b, кг/с*м. (52) За критерий эффективности работы дисково-фрезерного устройства разгруз ки установки для компостирования целесообразно принять энергоемкость, выра жение (16), как наиболее общий показатель его работы.

Математические модели технологических процессов, отдельных этапов и в целом биотехнологической системы производства органических удобрений по строены в среде MathCAD и включают математическое описание, алгоритм мо делирования и систему эмпирических уравнений, описывающих изменение фи зико-механических, теплофизических и агрохимических свойств компостируе мых материалов в процессе переработки.

В четвертой главе «Программа и методика экспериментальных исследова ний» приведены задачи, общая и частные методики, приборы и оборудование экспериментальных исследований, обоснование факторов, влияющих на работу технических средств и функций отклика.

Программой экспериментальных исследований предусматривалось опреде ление основных физико-механических, теплофизических и агрохимических свойств компостируемого материала. Исследования проводились на образцах смеси навоза крупного рогатого скота и измельченной пшеничной соломы влаж ностью 55…65% (длина резки 12…15 см).

Исследование процессов взаимодействия барабанов машины с компости руемым материалом проводились на лабораторной установке, рисунок 9.

1 – рама;

2 – транспортер;

3 – ба рабан;

4 – лопасть;

5, 10 – элек тродвигатели;

6, 9 – редукторы;

7 – цепная передача;

8 – вариатор;

9 – датчик крутящего момента;

12 – ременная передача;

13 – бо ковые ограждения Рисунок 9 – Схема установки для исследования взаимодействия ба рабана машины с материалом Измерение температуры и крутящего момента проводились с помощью бло ка электронной регистрации данных «Параграф». Измерение концентрации ки слорода проводилось газоанализатором ПГК-06, частоты вращения вала – элек тронным тахометром АТТ-6001.

Исследование процесса ускоренного компостирования, процессов уплотне ния и сводообразования, работы устройств снижения уплотнения и разгрузки проводились на лабораторной установке объемом 3,2м3, рисунок 10.

1 - стойки;

2, 3 - стенки;

4 - смот ровое окно;

5 - рабочие органы;

6 - опоры;

7 - рама;

8 - электро двигатель;

9 - резистор перемен ного сопротивления;

10, 13 - пе редачи;

11 - датчик крутящих моментов;

12 - блок регистра ции данных;

14 - затвор Рисунок 10 – Схема установки для исследования устройства раз грузки Повторность опытов принята трехкратной, доверительная вероятность вы брана 0,95. Однородность дисперсий определялась по критерию Кохрена. Адек ватность полученной математической модели проверяли по F-критерию Фишера.

Для оценки степени соответствия эмпирических данных определенным теорети ческим предпосылкам (для оценки дисперсии генеральной совокупности) исполь зовался критерий 2 Пирсона.

В пятой главе «Анализ результатов экспериментальных исследований» приведены результаты экспериментальных исследований и дан их анализ.

В результате исследований физико-механических и теплофизических свойств соломонавозной смеси установлено, что наибольшее влияние, как на ра боту машин, так и на интенсивность биотермических процессов оказывает влаж ность смеси. Согласно исследованиям ряда авторов (Ковалев Н.Г., Афанасьев В.Н., Гриднев П.И. и др.) для наилучшего обеспечения ускоренного компостиро вания органического материала его влажность должна быть в пределах 55…65%.

Соломонавозная смесь влажностью w=60% (усредненное значение опти мального диапазона влажности) характеризуется следующими показателями:

плотность см=552кг/м3;

плотность твердой фазы т=722кг/м3;

пористость в осно вании (при высоте H=2м) m=0,23;

потери напора воздушного потока (при скоро сти 10мм/с) Рс=1,58Па;

коэффициент воздухопроницаемости (при скорости 10мм/с) KП=62*10-9м2;

касательное напряжение сдвига (при =15кПа) сд0=1,42кПа - смесь без обработки, сд5=1,36кПа - через 5 сут., сд10=0,97кПа - че рез 10 сут.;

коэффициент трения по стальной поверхности (при Р=1,5кПа) µ=1,08;

коэффициент внутреннего трения (при Р=1,5кПа) fвн=1,21;

нормальное напряже ние резания: для рабочего органа в виде пластины п=0,038кПа, в виде троса т=3,23МПа;

коэффициент скольжения троса (диаметром dтр=1,5мм) по соломо навозной смеси =1…5 для нормально растягивающей силы N=0,97…4,37кН;

те плопроводность =0,184Вт/м*0К;

теплоемкость Ссм=4,0кДж/кг*0К.

Полученные эмпирические величины физико-механических и теплофизиче ских характеристик соломонавозной смеси составляют блок данных свойств ма териала математической модели БТС ПОУ.

За критерий оптимизации работы машины для приготовления компостов приняли энергоемкость, а за ограничения - условия взаимодействия барабанов машины с материалом и формирования бурта максимальной высоты. При разра ботке конструкции барабанов машины за основу приняты геометрические пара метры рабочих органов прицепов-навозоразбрасывателей, по причине их высокой теоретической и экспериментальной обоснованности. Так, угол наклона лопасти к оси барабана приняли =600, радиус барабана - rб=175мм, высоту лопасти hл=95мм, ширину захвата лопасти барабана-измельчителя - bл=100мм, угол уста новки барабанов - б=450, форму лопастей приняли в виде сегментов пилообраз ной ленты.

Захват материала осуществляется при повороте лопасти барабана на угол nз, см. рисунок 4. При дальнейшем повороте на угол начала схода nн материал на чинает скользить по ее поверхности, срываться и перемещаться в воздухе по оп ределенной траектории. Сход материала продолжается до поворота лопасти на угол окончания схода nк.

Графики «идеальной» траекторий перемещения частиц при повороте лопа сти на углы начала и окончания схода построены по уравнениям движения (11), (12) и представлены на рисунке 11. В реальных же условиях часть материала по летит назад в бурт и в боковые стороны от направления основного потока частиц.

Отклонение от «идеальной» траектории связано с обрушением бурта и наложени ем траекторий полета частиц. В итоге, материал перемещается от барабана к ба рабану по ходу движения машины в виде «кипящего» слоя с подъемом на неко торую высоту.

Ymax – наибольший подъем частиц;

Yверх, Yниз – высоты границ приема сле дующего барабана;

min, max – рацио нальные пределы угловой скорости Рисунок 11 – Зависимость высо ты подъема частиц y от угловой скоро сти барабана Высота подъема частиц остается постоянной при увеличении влажности от 50 до 65%, так как при этом сила трения материала о лопасть растет, а сила со противления воздушной среды снижается, зависимость (9). При дальнейшем уве личении влажности высота траектории полета частиц увеличивается, т.к. снижа ется как коэффициент трения материала о лопасть µ, так и коэффициент парусно сти kп.

При увеличении угловой скорости барабана, см. рисунок 11, до значения Ymax=72,91с-1 сила инерции многократно превышает силу трения от силы Корио лиса и частицы материала перемещаются на максимальную высоту подъема.

Дальнейшее увеличение угловой скорости приводит к росту силы трения, что вы зывает снижение значения равнодействующей силы, и соответственно, снижение высоты подъема частиц. В случае, когда сила трения становиться больше силы инерции, сход материала происходит в поддон или в противоположную сторону от требуемого направления.

Установлены рациональные значения угловой скорости барабанов, которые лежат в пределах от min=29,4с-1 до max=52,7с-1, что обеспечивает попадание час тиц соломонавозной смеси в зону приема следующего барабана от Yниз=0,127м до Yверх=0,375м.

Данный диапазон угловой скорости применим для барабанов-измельчителей (Б1-Б4), см. рисунок 4, в задачу которых входит отрыв массы от бурта барабаном (Б1) и передачи ее от барабана к барабану (Б2-Б4) в направлении верхнего бара бана-ускорителя (Б5). Барабан (Б5) сгруппировывает массу в осевом направлении к центру машины и формирует бурт определенной высоты позади машины.

Оптимальное значение угловой скорости барабана Б5 составляет 5опт=73с-1, что обеспечивает наибольший подъем частиц соломонавозной смеси на высоту Ymax=0,45м над уровнем горизонтальной оси пятого барабана. Так, для машины высотой 1,45м возможно формирование бурта соломонавозной смеси влажно стью до 65% высотой до 1,7м. При работе с сырьем, влажностью выше 65%, воз можно формирование бурта большей высоты.

Общая потребляемая машиной мощность распределяется по барабанам не равномерно. Так, на первый барабан приходится до 47% общей приводной мощ ности, что связано с высокой энергоемкостью процесса отделения порции мате риала от бурта. На 2, 3 и 4 барабаны приходится по 6%, на верхний барабан ускоритель - 35%, что связано с увеличенной, относительно остальных бараба нов, угловой скоростью. Таким образом, можно снизить энергоемкость машины для приготовления компостов путем уменьшения затрат мощности на отделение компостной смеси от бурта первым барабаном.

Критерий 2 для математической модели энергоемкости работы машины для приготовления компостов (выражение 16) составил 2=11,029, что меньше крити ческого значения 2кр=14,067, соответствующего уровню доверительной вероят ности 0,95 и числу степеней свободы 3.

На энергоемкость отделения массы от бурта значительное влияние оказыва ют поступательная и угловая скорости барабана, рисунок 12. Рост мощности на отделение материала Nот происходит в результате увеличения длины траектории движения лопастей барабана по трохоиде в бурте, находящейся в прямо пропорциональной зависимости от угловой скорости барабана 1, выражение (5), а также от увеличения площади между двумя витками трохоиды, зависящей от поступательной скорости машины Vагр, выражение (4).

Так, увеличение поступательной скорости при одной и той же угловой вы зывает увеличение площади отделения соломонавозной смеси от бурта, что при водит к росту момента сопротивления в плоскости вращения лопасти.

Энергоемкость увеличива ется, так как рост потреб ляемой мощности опережа ет рост производительно сти. При угловой скорости 1=30с-1 увеличение посту пательной скорости от 0, до 0,3м/с вызывает рост энергоемкости от 387 до 460Дж/кг. В связи с про порциональным ростом энергоемкости от увеличе Рисунок 12 – Зависимость энергоемкости первого ния поступательной скоро барабана E1 от поступательной Vагр и угловой сти целесообразно выбрать скорости рациональные значения скорости из соображений возможной агрегатируемости машины с колесными тракторами класса тяги 14кН, без применения дополнительного нестандартного оборудования. Поэтому поступательную скорость машины следует принять Vагр=0,26м/с, т.е. значение скорости трактора класса тяги 14кН на первой переда че при включенном понижающем редукторе с гидроходоуменьшителем.

Установлено, что уменьшение угловой скорости ниже значений 46…46,7с- приводит к снижению производительности барабана, а это ведет к росту энерго емкости. При увеличении угловой скорости наиболее интенсивно увеличивается мощность на вылет частиц с лопастей. Данное явление вызвано параболическим характером зависимости работы на преодоление кинетической энергии вылета от угловой скорости. Так, увеличение угловой скорости от 20 до 80с-1 приводит к росту затрат удельной мощности на вылет частиц от 0,07 до 5,64кВт/м длины ба рабана. Таким образом увеличение угловой скорости выше значений 46…46,7с- ведет к значительному увеличению затрат потребляемой мощности и в связи с этим энергоемкости.

Минимальное значение энергоемкости работы первого барабана машины Е1min=373Дж/кг достигается при угловой скорости 1опт=46,7с-1, поступательной скорости Vагр=0,26м/с и влажности соломонавозной смеси w=60%. Полученное значение угловой скорости барабана удовлетворяет условию взаимодействия ба рабанов: min=29,4с-1 1-4 max=52,6с-1.

Соответственно, чтобы обеспечить оптимальную производительность маши ны, угловые скорости барабанов Б2-Б4 должны быть не ниже угловой скорости первого барабана, но не выше максимальной угловой скорости, т.е.

1=46,7с-12-4max=52,6с-1.

Энергоемкость машины в целом складывается из энергоемкости всех пяти барабанов и составляет Е=794Дж/кг. Производительность машины определяется удельной производительностью первого барабана и составляет Q=9,2кг/с*м.

В результате экспериментальных исследований этапа «биотермическое обез зараживание» БТС ПОУ установлено, что концентрация кислорода в соломона возной смеси резко снижается с 21% до 1,6% в течение первых 9-ти суток компо стирования, рисунок 13. При этом температура массы увеличивается от 12 до 630С, что говорит об активном развитии аэробной термофильной микрофлоры и расходе кислорода на биохимическое окисление органического вещества.

tкр=600С - минималь 70 1кр 2кр 64 18. ная температура обез tкр t, град.C KO2, % 58 16. зараживания;

1кр, 2кр 52 14. - начало и окончание 46 12. процесса обеззаражи 40 10. вания смеси 34 8. Рисунок 13 – Темпе 28 6. ратурный и газовый 22 4. режим при компости температура компост. смеси 16 2. ровании соломона концентрация кислорода 10 возной смеси в вер 0 5 10 15 20 25 30 тикальной установке, сут.

Далее концентрация кислорода плавно увеличивается, что сигнализирует о снижении микробиологической активности. В тоже время, температура массы достигает наибольшей отметки Tmax=650C на 11-е сутки компостирования, что связано с инерционностью термодинамического процесса и, возможно, с разви тием микрофлоры с температурным порогом жизнедеятельности выше, чем тер мофилов (60-700С). Это подтверждается и другими исследователями (Мишустин Е.Н., Brinton W.). Температура 60…650С сохраняется в компостируемой массе в течение 7-ми суток, что приводит, с одной стороны, к обеззараживанию соломо навозной смеси, а с другой стороны - к гибели основной массы полезной микро флоры и, соответственно, замедлению процесса разложения органического веще ства смеси.

В дальнейшем температура плавно снижается, сначала до оптимальной для жизнедеятельности термофильной микрофлоры (50…600C), затем до переходной температуры мезо-термофильного режима (40…450C). Так, на 24 сутки компо стирования температура опустилась до 440C, при этом концентрация кислорода увеличилась до 15%. Падение температуры приводит к повторному развитию термофильной микрофлоры, что вызывает новое повышение температуры до 530C и снижение концентрации кислорода до 12,3% на 33-е сутки компостирова ния.

После повторного роста температуры начинается ее снижение (до 510C на 35-е сутки) и увеличение концентрации кислорода (до 16%), что связано с уменьшением содержания легко разлагаемых органических веществ смеси и на чалом стадии созревания компоста.

В результате исследований процесса компостирования соломонавозной сме си установлен срок подготовки удобрений, который составляет 35-56 суток при 2-3-х разовом рыхление буртов машиной для приготовления компостов. Приго товление удобрений целесообразно вести с мая по октябрь.

В технологии производства высококачественных органических удобрений в установке следует стадию разогрева смеси до температуры 40…450С проводить в буртах на открытых площадках в течение 7-10 суток. Для механизации работ не обходимо использовать машину для приготовления компостов. Такой технологи ческий прием позволит сократить время нахождения смеси в установке до мини мально допустимого (СНиП 13-7-2/1027, НТП 17-99) срока биотермического обеззараживания - четверо суток, что увеличит пропускную способность уста новки и уменьшит ее размеры.

При запуске в работу в установку засыпается определенный объем смеси, занимающий донную часть корпуса до устройства снижения уплотнения, см. ри сунок 3 (б).

Выяснено, что запуск установки в работу возможен при температуре пода ваемого воздуха не ниже +40С, т.к. основные потери тепла происходят за счет конвективного теплообмена и испарения влаги (до 86% всех теплопотерь). В та ком случае процесс обеззараживания смеси (tкр600С) начинается через 67 часов с момента загрузки смеси в установку и продолжается в течение 4-х суток, рисунок 14. Температурный режим при запуске вертикальной установки соответствует температурному режиму в установках для компостирования циклического типа (биоферментатор, УЭК и др.).

Рисунок 14 – Температурный режим в рассматриваемом слое при запуске и не прерывной работе установки (начальная средняя температура сырья 400С) При непрерывном режиме работы исходное сырье с температурой ниже тем пературы массы, находящейся в установке, загружается в верхнюю часть ее кор пуса. Воздушный поток, проходя через установку снизу вверх, нагревается до температуры, близкой к температуре смеси t н =600С, и насыщается парами влаги.

Причем его влагосодержание стремиться к значению насыщения для данной тем пературы, т.е. ddн(t). Далее, проходя через верхний слой компостируемой сме си, воздушный поток смешивается с более холодным воздухом, находящимся в поровом пространстве и происходит конденсация влаги с выделением скрытой теплоты парообразования. Таким образом, происходит стартовый разогрев по ступающего в установку сырья.

Установлено, что при непрерывном режиме работы вертикальной установки температура соломонавозной смеси достигает критической отметки tкр=600С че рез 22 часа с момента ее загрузки. При этом максимальную температуру 76…780С смесь достигает на 4-5-е сутки, см. рисунок 14. Стартовый разогрев массы при непрерывном режиме работы обеспечивает ее обеззараживание даже при последующем понижении температуры поступающего воздуха до 00С.

Таким образом, применение вертикальной компостирующей установки по зволяет, в сравнении с аналогами, сократить срок стартового разогрева массы до критической температуры в 3 раза, за счет создания внутри ее корпуса зоны ак кумуляции тепла.

Производительность установки зависит от размеров корпуса. Рациональным размером поперечного сечения корпуса является 4…5м2. Высота корпуса не ог раничена, причем рациональная ее величина составляет 5…8м, что соответствует производительности установки 4…10м3/сут.

В результате исследований агрохимических свойств соломонавозной смеси установлено, что за 4 суток обработки в установке при температуре 60…65оС со ломонавозная смесь полностью обеззараживается от жизнеспособных семян сор ных растений. Смесь достигает уровня спелости, при котором может дозревать на открытом воздухе, поэтому ее дальнейшее компостирование в установке не явля ется целесообразным.

После обеззараживания в установке в течение 5-7 суток смесь выгружается и направляется в бурты на открытых площадках или под навесом. Стадия созрева ния компоста в буртах составляет 14-21 суток. Снижение средней температуры массы до значения, отличающегося от значения температуры окружающей среды не более чем на 10…120С, сигнализирует о готовности компоста. Таким образом, полный цикл переработки соломонавозной смеси в органическое удобрение (компост) составляет 26-38 суток.

Анализ содержания питательных элементов растений (NPK) в соломонавоз ной смеси и готовом органическом удобрении (компосте) показал, что за полный срок переработки их концентрация увеличилась: азота на 5, фосфора на 39, калия на 10%. Это связано с тем, что ускоренное компостирование приводит к интен сификации микробиологических процессов разложения органических веществ смеси и переходом NPK в минеральные формы, с последующей их фиксацией в готовом удобрении.

На процессы аэрации компостируемой смеси и ее механического движения в установке значительное влияние оказывают процессы самоуплотнения и сводо образования.

Пористость соломонавозной смеси значительно снижается за первые полу тора суток биотермической обработки в установке. Причем, чем больше глубина, тем интенсивней снижается пористость. Так, за первые 1,5 суток обработки по ристость слоя на глубине 0,5…2,0м снизится на 0,07…0,20. В дальнейшем, на четвертые - пятые сутки биотермической обработки пористость соломонавозной смеси снижается незначительно (на 3…7%), достигая значений близких к мини мальным. Так, на глубине 2,0м пористость соломонавозной смеси влажностью 60% через четверо суток обработки уменьшится с 0,22 до 0,004, что приведет к прекращению воздухообмена материала через нижнюю плоскость.

Для поддержания пористости массы в требуемых пределах необходимо при менять разработанное устройство снижения уплотнения, рациональные конст руктивные параметры которого следует определять из двух условий:

- статического равновесия слоя (сводообразование и сводоразрушение не подвижного слоя);

- скользящего резания материала при его движении относительно рабочих органов под действием гравитационного подпора.

После проведения числового эксперимента на адекватной математической модели работы устройства снижения уплотнения были определены ее рациональ ные конструктивные параметры. С этой целью график сводообразования и сводо разрушения был совмещен с двумерными сечениями поверхности коэффициента эффективности динамического сводоразрушения устройства, а также добавлен график пористости, как функция высоты, с учетом времени компостирования.

Полученная таким образом номограмма, рисунок 15, является методикой инже нерного расчета конструктивных параметров устройства в зависи мости от требуемой пористости материала, задаваемой технологи чески.

Так, рациональные парамет ры устройства, обеспечивающие пористость в основании слоя m=0,1…0,2, с коэффициентом эф фективности динамического сво доразрушения Эср=0,5…0,7 сле дующие: высота материала (шаг размещения устройств по верти кали) h=2,1…2,7м;

расстояние между рабочими органами (шаг установки тросов) а=0,17…0,23м.

Исследование процесса сво Рисунок 15 – Номограмма к определению дообразования в зоне выгрузного рациональных конструктивных параметров окна установки показало, что с (h, а) устройства снижения уплотнения увеличением его ширины b уве личивается высота стрелы свода f и экспоненциально уменьшается толщина сво дообразующего слоя tсв. Так, увеличение ширины выгрузного окна на 0,2м при водит к увеличению высоты свода на 0,1м и уменьшению толщины сводообра зующего слоя на 0,4м. Рациональное значение ширины выгрузного окна, для вы соты соломонавозной смеси h=2м влажностью w=60%, составляет b=0,53м, при котором tсв= fсв=0,16м. При таких параметрах свода дисково-фрезерное устройст во разгрузки установки должно содержать два параллельных вала kв=2шт. с набо ром дисковых фрез радиусом Rф=160мм. Этим обеспечивается сводоразрушение и равномерная выгрузка материала из установки без обрушения.

По длине В выгрузного окна своды образуются между фрезами устройства разгрузки, поэтому шаг их установки на валах приняли по номограмме, рисунок 16. Так, для высоты материала над выгрузным окном h=2,77м шаг фрез составля ет Pt=0,23м.

На энергоемкость дисково-фрезерного устройства разгрузки установки наи большее влияние оказывают такие факторы, как влажность смеси w, угловая ско рость фрез фр, угол наклона ножа относительно радиуса фрезы в сторону на клонного резания (Резник Н.Е.), количество ножей nн.

Критерий 2 для математической модели энергоемкости дисково-фрезерного устройства разгрузки установки составил 2=9,079, что меньше критического зна 2кр=14,067, чения соответствующего уровню доверительной вероятности 0,95 и числу степеней свободы 7.

Увеличение количества ножей фрезы, идущих по одному следу, от 1 до приводит к значительному снижению энергоемкости разгрузки от 81,2 до 55,6Дж/кг, т.е. на 32%. Дальнейшее увеличение числа ножей от 3 до 5 приводит к снижению энергоемкости на 16%;

увеличение от 5 до 7 – на 11% и от 7 до 9 - на 8%. Таким образом, число ножей фрезы 3-5 является рациональным, т.к. исполь зование меньшего количества увеличивает энергоемкость процесса разгрузки, а большего - не дает значительного ее снижения, при этом повышается стоимость изготовления фрез.

Энергоемкость, как критерий оптимизации работы устройства разгрузки, имеет минимум при угле наклона ножей опт=0,6рад и угловой скорости фрез опт=33с-1, рисунок 16.

При угле наклона ножа =0 отделение части от пласта свода производится смятием со сдвигом. При наклоне ножа относительно радиуса фрезы на некото рый угол опт0 поверхность режущей кромки скользит по материалу, захватывая неровностями частицы, стремиться сдвинуть их с места и увлечь за собой. Между смещаемыми и соседними частицами материала возникают нормальные напря жения растяжения п и касательные напряжения сдвига сд вместо напряжений смятия см. Соломонавозная смесь оказывает значительно меньшее временное со противление на растяжение п=0,038кПа и сдвиг сд=1,36кПа, чем на смятие см=48кПа. Переход к более эффективным способам разрушения вызывает сни жение энергоемкости, значение которой приближается к минимуму.

Дальнейшее увеличе ние угла наклона ножа опт приводит к про скальзыванию его режу щей кромки по поверхно сти вязкопластического материала, при этом про изводительность снижает ся интенсивней, чем по требляемая мощность. В результате энергоемкость разгрузки увеличивается, рисунок 16.

Рисунок 16– Зависимость энергоемкости устройст- Увеличение угловой ва разгрузки Эр от угловой скорости фрез и угла скорости фрез (фропт) наклона ножей приводит к дополнитель ному измельчению выгружаемого материала. Энергоемкость разгрузки увеличи вается, так как рост потребляемой мощности опережает производительность.

С уменьшением угловой скорости фрез (фропт) значительно уменьшается производительность устройства разгрузки. При постоянном гравитационном подпоре материала, уменьшение угловой скорости фрез приводит к повышению коэффициента заполнения ножей, что увеличивает площадь контакта и, соответ ственно, момент от сил сопротивления материала сдвигу. Энергоемкость разгруз ки увеличивается.

Минимальное значение энергоемкости дисково-фрезерного устройства раз грузки Эрmin=8,42Дж/кг достигается при следующих параметрах: влажность соло монавозной смеси w=60%;

радиус фрез Rф=0,160м;

ширина ножа фрезы bn=0,005м;

длина рабочей кромки ножа hн=0,050м;

шаг фрез Pt=0,23м;

угол на клона ножа =0,6рад;

количество ножей фрезы nн=4шт.;

угловая скорость фрез фр=33с-1;

количество параллельных валов с набором фрез kв=2шт. Данные пара метры обеспечивают производительность Qразг=36кг/с на каждый метр длины устройства разгрузки.

Сравнительный энергетический расчет существующих и разработанных тех нологий показал, что внедрение разработанной БТС ПОУ позволит снизить энер гоемкость процессов приготовления компостных смесей на операциях смешива ния, формирования и рыхления буртов с 93,8 до 74,4МДж/т, т.е. на 21%. Эффект достигнут за счет использования разработанной машины для приготовления ком постов, агрегатируемой с трактором МТЗ-80, вместо существующей машины ПНД-250 на базе трактора ДТ-75.

Использование вертикальной компостирующей установки позволяет снизить энергозатраты с 198 до 154МДж/т в сравнении с базовой установкой типа био ферментатор, что составляет 22%. Снижение энергозатрат достигается за счет снижения затрат на амортизацию и текущий ремонт производственных зданий на 27МДж/т (установка ВКУ монтируется вне помещения, в то время как изготовле ние биоферментатора приравнивается к возведению производственных зданий с удельной энергоемкостью 5025МДж/м2), а также за счет снижения на 47% пря мых затрат (электроэнергия, ГСМ).

Коэффициент энергетической эффективности составил K эI =1,21 – для техно логии приготовления органического удобрения в буртах и K эII =1,64 – для произ водства высококачественного органического удобрения в установке, что превы шает этот показатель для существующих технологий на 17 и 30%, соответствен но.

В шестой главе «Производственные испытания и экономическая оценка разработанных технологических и технических решений» представлены резуль таты производственных испытаний и экономическая оценка внедрения разрабо танных технологий.

Теоретические и экспериментальные исследования подтверждены результа тами производственных испытаний. Так, производительность машины для приго товления компостов, агрегатируемая с трактором МТЗ-80, составила 55т/ч – при работе на первоначальном сырье и 78т/ч – при работе на компостной смеси через 12-16суток компостирования. Высота формируемого бурта 1,5…1,7м.

Производительность вертикальной компостирующей установки составила 0,65м3/сут. при непрерывном режиме работы. Срок обработки компостной смеси составил четверо суток при температуре 60..760С. Содержание питательных эле ментов растений в готовом удобрении соответствовало требованиям разработан ных ТУ 9816-001-71254916-2006 «Компост из навоза КРС и соломы» (азота (N общий) не менее 2,0%, фосфора (Р2О5) и калия (К2О) по 0,5% на а.с.в.).

В результате расчета экономических показателей проекта организации про изводства 2500тонн/год фасованных органических удобрений установлено, что себестоимость 1 тонны продукции по ценам 2009 г. составит 2960руб. Срок оку паемости капитальных вложений, при средней цене реализации продукции 4830руб./т, составит 2,51 года, при уровне рентабельности 39%. В расчете на жи вотноводческий комплекс на 1000 голов КРС экономический эффект составит более 12 млн.руб./год чистой прибыли.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Анализ отечественных и зарубежных исследований показывает, что уско ренное компостирование является наиболее рациональным способом переработ ки навоза влажностью менее 87%. Органические удобрения из навоза должны быть полностью обеззаражены и, в сравнении с исходным сырьем, характеризо ваться увеличенной концентрацией питательных элементов растений. Повыше ние качества органических удобрений существующими способами и средствами требует значительного увеличения энергозатрат на их производство с 1000 до 2800МДж/т.

2. Сложность явлений, происходящих с навозом в процессе его переработки в органическое удобрение, позволила отнести совокупность объединенных в по токе взаимосвязанных и взаимообусловленных элементов (машин) к биотехноло гической системе производства органических удобрений (БТС ПОУ), являющей ся составной частью большой системы «Человек – машина – растение – живот ное – продукт – окружающая среда». Предложенная БТС ПОУ состоит из подсис тем сбора и хранения сырья, приготовления компостной смеси, предварительного компостирования, биотермического обеззараживания и созревания органического удобрения. Интенсификация подсистем БТС ПОУ позволила снизить затраты энергии на приготовление удобрений в буртах на 17% и на производство высоко качественных удобрений в установке на 30%.

3. Разработанный технологический процесс приготовления органических удобрений в буртах заключается в подготовке компостной смеси на площадках с твердым покрытием, формировании и рыхлении буртов. Производство удобрений проводится с мая по октябрь, срок подготовки составляет 35-56 суток при 2-3-х разовом рыхление буртов. Основным технологическим средством является раз работанная машина для приготовления компостов, с рабочими органами в виде лопастных барабанов и агрегатируемая с трактором класса тяги 14кН.

4. Разработанный технологический процесс производства высококачествен ных органических удобрений в установке заключается в подготовке компостной смеси машиной, предварительном компостировании смеси в буртах в течение 7 10 суток, биотермическом обеззараживании смеси в вертикальной компости рующей установке за 5-7 суток при температуре 60…800С и последующем созре вании компоста в буртах в течение 14-21 суток. Полный цикл производства орга нического удобрения составляет 26-38 суток.

5. Предложен комплекс математических моделей на базе дифференциальных уравнений движения рабочего органа в компостируемом материале и баланса по токов тепла. Разработанная модель термодинамического разложения материала в вертикальной компостирующей установке позволила оптимизировать время дос тижения критической температуры обеззараживания до 5-7 суток. Модели фильтрации аэрирующего воздуха и работы устройства снижения уплотнения по зволяют определить условия естественного воздухообмена компостируемого ма териала в установке, что исключает энергозатраты на аэрацию. С помощью моде ли взаимодействия рабочих органов машины для приготовления компостов с ма териалом определены их оптимальные и рациональные параметры в зависимости от требуемых размеров и формы бурта. Модели энергоемкости процессов работы машины и дисково-фрезерного устройства разгрузки установки служат для опти мизации их конструктивно-режимных параметров.

6. Исследованные физико-механические, теплофизические и агрохимические свойства соломонавозной смеси позволили провести оптимизацию процессов и технических средств производства органических удобрений. Обеззараживание органического удобрения проводится биологическим способом. Содержание пи тательных элементов растений в готовом удобрении по сравнению с исходным сырьем увеличивается в среднем азота на 5, фосфора на 39 и калия на 10%.

7. Получены оптимальные и рациональные параметры процессов и техниче ских средств производства органических удобрений, которые обеспечивают со кращение сроков обеззараживания соломонавозной смеси в вертикальной компо стирующей установке до 5-7 суток с производительностью 5 тонн/сут., исключа ют энергозатраты на аэрацию, позволяют осуществлять процесс подготовки сме си машиной для приготовления компостов производительностью 55…80т/ч с энергоемкостью 794Дж/кг и выгрузки смеси из установки дисково-фрезерным устройством производительностью 36кг/с на 1 метр его длины с энергоемкостью 8,4Дж/кг.

8. Внедрение разработанных технологических и технических решений по зволяет получить на животноводческой ферме на 1000 голов крупного рогатого скота за счет реализации высококачественного органического удобрения более 12млн.руб. в год чистой прибыли (в ценах 2009г.). Уровень рентабельности про изводства составляет 39%, срок окупаемости капитальных вложений 2,5года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК России.

1. Миронов, В.В. Влияние активной аэрации на интенсивность протекания биотермических процессов в компостируемой смеси [Текст] / В.В. Миронов, В.Д.



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

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.