12. Методи проектування машин для збирання та утилізації гною

12.1. Вихід екскрементів від тварин різних статевих груп

Екскременти свиней різних статевих груп мають вологість 86 – 91%. Сюди входять залишки корму, підстилка, технологічна вода і тому вони не розділяються на фракції шляхом відстоювання. Середня щільність сухої речовини екскрементів свиней складає 1800 кг/м³. Коли розбавити екскременти водою в відношенні 1:6, десь 20% сухої речовини знаходиться в розчиненому стані (у вигляді колоїдів).

Рідкий гній розшаровується при вологості більше 92%, а коли вологість понад 96.5% цей процес відбувається інтенсивно і випадання гуща дуже ущільнюється, перед обробкою його необхідно перемішувати.

Основними фізико-механічними характеристиками гною є: склад, вологість, об'ємна маса, коефіцієнт тертя, текучість, в'язкість, опір зсуву тощо. Більшість з цих показників залежить від вмісту в ньому вологи.

Коефіцієнти тертя руху і спокою залежать від багатьох факторів, а саме: виду підстилаючого матеріалу, ступеня розкладення і вологості гною, питомого тиску і т. і.

Коефіцієнт тертя ковзання соломистого гною становить (за В. Є. Вейнла): по металевій поверхні від 0.7 до 1.3, по дереву – від 0.6 до 1.2, по бетону – від 0.6 до 1.4.

Липкість гною (здатність до налипання на різні поверхні) характеризується величиною зусилля, необхідного для відриву пластини ні від налиплої на неї маси гною, досягає 400 – 1300 Па і залежить, в основному, від вологості гною. Найбільше значення липкості у свіжого гною при вологості 74 – 83%. При проектуванні гноєсховищ необхідно враховувати реологічні (текучі) властивості гною. Нахил поверхні його руху в залежності від виду і вологості коливається в межах від 0.7 до 3.5%.

Гранична напруга зсуву і в'язкість значною мірою залежать від вологості та строку зберігання гною.

12.2.Розрахунок скребкових транспортерів колової дії

При розрахунках скребкового транспортера колової дії повинні

бути задані кількість та вид тварин, складена кінематична схема установки транспортера в приміщенні, фізико-механічні властивості гною, добовий вихід гною від однієї тварини.

Кінематична схема установки транспортера колової дії приведена на рис.12.1, де вказані: – відстань від зірочки до найближчого стійла ( м); – довжина гнойового каналу, розміщеного навпроти стійла; – довжина ділянок ланцюга гноєзбирального транспортера. На рис. 12.2 приведено поперечний розріз гнойового каналу, де – глибина, – ширина каналу.

Рис. 12.1. Кінематична схема транспортера колової дії.

1 – кормовий проїзд; 2 – годівниці; 3 – бокси.

Рис.12.2. Поперечний переріз каналу.

Продуктивність транспортера визначається за формулою:

(12.1)

де – висота призми гною, яка переміщується скребком, м;

– ширина гнойового каналу, яка дорівнює 0.32 м при глибині м (для транспортерів типу ТСН);

– щільність гною, кг/м³;

– швидкість руху ланцюга транспортера, м/с;

– коефіцієнт подачі.

Коефіцієнт подачі розраховується по емпіричній формулі:

(12.2)

де – коефіцієнт заповнення гнойового каналу;

– коефіцієнт, який враховує ущільнення гною при його переміщенні в гнойовому каналі;

– швидкісний коефіцієнт;

– коефіцієнт, який враховує об'єм гнойового каналу, що зайнятий ланцюгом та скребками транспортера;

– коефіцієнт, який враховує кут нахилу транспортера.

Максимальна кількість гною, яка розміщується в гнойовому каналі:

, кг (12.3)

де – довжина каналу, розміщеного навпроти стійл, м:

, м (12.4)

тут – кількість тварин в одному ряду;

– ширина стійла, м.

За допомогою формули (15), знаходимо площу поперечного розрізу гнойового каналу:

, м². (12.5)

Глибина каналів для гною при його механізованому збиранні, виходячи з умов безпеки тварин, приймається від 0.1 до 0.16 м. Ширина каналу для ланцюгово-скребкових транспортерів колової дії дорівнює 0.32 м. Висота скребка транспортера повинна бути в межах від до глибини каналу, а довжина вибирається таким чином, щоб був зазор між скребком і стінкою каналу. При цьому необхідно враховувати, яка буде використана підстилка. Якщо соломиста, то її довжина не повинна перевищувати 100 мм, а зазор між скребком і стінкою каналу повинен бути в межах 12...15 мм, при використанні торфокрошки зазор роблять в межах 5...10 мм.

Тривалість одного циклу роботи транспортера:

, с (12.6)

де – довжина ланцюга транспортера, м;

– середня швидкість транспортера, м/с.

Середня швидкість транспортера з метою забезпечення безпеки тварин не повинна перевищувати 0.25 м/с.

Необхідна продуктивність транспортера колової дії визначається по формулі:

(12.7)

де – добовий вихід гною від однієї тварини;

– кількість тварин, яких обслуговує один транспортер;

– кількість вмикань транспортера для збирання гною за добу, раз.

Велика кількість вмикань транспортера приймається в тому випадку, коли гній подається в гноєсховище.

Для вибору електродвигуна, необхідного для приводу транспортера колової дії, необхідно визначити повний тяговий опір руху транспортера, як горизонтального, так і похилого в тому разі, коли вони складають одне ціле.

Повний тяговий опір руху ланцюга транспортера визначається за формулою:

, Н (12.8)

де – сила попереднього натягу ланцюга, Н;

– зусилля, необхідне для подолання тертя гною по дну каналу, Н;

– зусилля, необхідне для подолання тертя гною об бокові стінки каналу, Н;

– зусилля, необхідне для подолання заклинювання скребків транспортера, Н;

– зусилля, необхідне для переміщення ланцюга транспортера, Н.

Опір від тертя гною об дно каналу визначають по формулі:

, Н (12.9)

де – довжина шляху переміщення гною, м;

коефіцієнт тертя гною по каналу;

– кут установки похилого транспортера;

– розміри каналу, м;

– прискорення сили тяжіння.

Опір від тертя гною об бокові стінки каналу визначається по формулі:

, Н (12.11)

де висота переміщення призми або тіла волочіння, м:

. Тут – висота скребка, м.

Зусилля, необхідне для подолання заклинювання скребків транспортера визначається за формулою:

, (12.11)

де – опір заклинювання, який приходиться на один скребок ;

– крок установки скребків (0.8...1.2 м) в залежності від марки транспортера;

довжина ланцюга транспортера, м.

Опір від переміщення ланцюга транспортера:

, (12.12)

де – питома маса 1 м ланцюга зі скребками, Н/м;

– коефіцієнт тертя ланцюга по дну канала.

Для забезпечення оптимальних вимог роботи скребка транспортера необхідно, щоб < (де – кут тертя гною об скребок), тобто ковзання гною по поверхні скребка повинно не відбуватися.

Сила попереднього натягу ланцюга

, (12.13)

де – опір руху скребка при розміщенні його по нормалі до стінки каналу:

, (12.14)

де – опір руху гною, Н;

– відстань між точкою прикладання сили до скребка і ланцюгом транспортера, м:

, (12.15)

при , при ;

– крок ланцюга транспортера, м;

– максимально допустимий кут відхилення скребка, ;

довжина скребка транспортера, м.

Рис 12.3. Схема дії сил на скребок транспортера.

Опір від підіймання гною похилим транспортером:

, (12.16)

де – довжина шляху переміщення гною по похилому транспортеру, м.

Необхідна потужність електродвигуна привідної станції знаходиться по формулі:

, Вт (12.17)

де – коефіцієнт, який враховує опір натягу на привідній зірочці ;

– ККД трансмісії.