МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЛЬВІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Хлопецький Роман Андрійович
УДК 624.123.3
УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ЗАСОБУ ДЛЯ ДОБУВАННЯ ОЗЕРНИХ САПРОПЕЛІВ З-ПІД ШАРУ ВОДИ
05.05.11 – машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
Львів – 2016
Дисертацією є рукопис.
Роботу виконано у Луцькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор
Дідух Володимир Федорович,
Луцький національний технічний університет, професор кафедри інженерного та комп’ютерного забезпечення АПК.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, доцент
Ріпецький Євгеній Йосипович,
Івано-Франківський національний технічний університет
нафти і газу, професор кафедри інженерної геодезії;
кандидат технічних наук, доцент
Романовський Олександр Леонтійович,
Національний університет водного господарства та
природокористування, професор кафедри будівельних,
дорожніх, меліоративних, сільськогосподарських машин і
обладнання.
Захист відбудеться « 8 » липня 2016р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 36.814.03 у Львівському національному аграрному університеті за адресою: 80381, вул. В. Великого, 1, м. Дубляни, Жовківський район, Львівська область, аудиторія 34.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Львівського національного аграрного університету за адресою: 80381, вул. В. Великого, 1, м. Дубляни, Жовківський район, Львівська область.
Автореферат розіслано « 7 » червня 2016р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради С.Й. Ковалишин
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Зниження об’ємів використання органічних добрив у сільськогосподарському виробництві вимагає звернути увагу на сапропелі прісноводних водойм, які є органічним утворенням голоценового віку. Сапропелі як і торф, містять значний відсоток органічної речовини. Тому вони можуть бути складником у компостах в процесі виробництва органічних добрив. Під час розробки сапропелевих покладів природна вологість сягає 96…98%, що не дозволяє їх ефективно використати як тверді органічні добрива (ТОД) для вирощування сільськогосподарських культур.
Значна кількість озер України знаходиться в стадії евтрофії, яка сприяє утворенню донних покладів. Внаслідок евтотрофності втрачається здатність водойм до самоочищення і, як результат, їх котловини заповнюються сапропелем до повного зникнення водного плеса. Зниження рівня води до 1 м сприяє інтенсивним процесам відмирання рослинних решток і озеро втрачає свою гідрологічну функцію. Відтак найбільшу увагу на сьогоднішній день варто приділяти сапропелевим родовищам із незначним рівнем води.
З іншої сторони, родючість і продуктивність ґрунту залежить від вмісту в ньому гумусу, а також прийнятої системи удобрення. Для ефективного росту і розвитку рослинам необхідні живильні речовини у вигляді різних сполук калію, фосфору, азоту, кальцію, заліза, магнію та ін. Найбільше таких речовин знаходиться в органічних добривах, які на сьогодні практично не вносяться. Втрачається родючість ґрунтів. Змінити ситуацію, у певній мірі, можна за рахунок виробництва сапропелевих компостів як органічних добрив, що потребує обґрунтування технологій використання озерних сапропелів, параметрів робочих органів (РО) машини з врахуванням екологічної безпеки навколишнього середовища при їх застосуванні.
Отже, можна зробити висновок, що дана тема є актуальною і має широкі перспективи для проведення досліджень з відновлення озер карстового походження як резервуарів прісної води, впровадження нових технологій збереження родючості ґрунтів.
Зв’язок із науковими програмами. Дослідження, що складають основу дисертаційної роботи, виконані у Луцькому НТУ в 2008…2015 рр. відповідно до державних науково-технічних програм з пріоритетних напрямків розвитку науки та техніки. Основні її положення ввійшли до звітів за темою „Розробка технологій та засобів для функціонування замкнутої агроекологічної системи” (№ др 0107U000231) та до госпдоговірної теми «Розробка технічних засобів для локального внесення сапропелів під час садіння картоплі» комплексного спільного проекту «Розроблення технічних засобів для екологоощадних способів сівби та садіння сільськогосподарських культур» Луцького НТУ і Тернопільського НТУ ім. Івана Пулюя (№ ДР 0113U000339C).
Мета та завдання досліджень. Мета роботи – підвищення ефективності добування озерного сапропелю для подальшого використання як складника ТОД за рахунок удосконалення технології і розробки засобу з розширеними функціональними можливостями РО на основі обґрунтування їх параметрів і режимів роботи.
Для досягнення мети необхідно було вирішити наступні завдання:
- проаналізувати технології виробництва ТОД та способи добування сапропелю з-під шару води, конструктивні особливості РО машин і визначити напрямки їх удосконалення;
- розробити конструктивну схему засобу для добування сапропелю з розширеними функціональними можливостями РО;
- встановити фізико-механічні і реологічні властивості середнього шару сапропелю природної вологості, у межах якої можливий відтиск вільної води механічними методами;
- отримати аналітичні залежності для обґрунтування раціональних конструктивних параметрів і режимів роботи забірного пристрою фрезерного типу для розробки середнього шару озерного сапропелю;
- за результатами силового аналізу відділення вільної води з сапропелю природної вологості отримати залежності конструктивно-технологічних параметрів гвинтового преса з врахуванням властивостей сапропелю;
- розробити програму і методики експериментальних досліджень, стендове обладнання та експериментальні установки;
- провести комплекс експериментальних досліджень для визначення основних конструктивних і силових параметрів РО засобу для добування озерних сапропелів з-під шару води;
- дати оцінку екологічної безпеки технологіям добування озерного сапропелю та ефективності виробництва ТОД на його основі.
Об’єкт досліджень – технологічні процеси добування сапропелів, відтиску води, приготування ТОД, донні поклади та РО запропонованого засобу.
Предмет досліджень – зв'язок конструктивно-технологічних параметрів забірного пристрою та гвинтового преса з властивостями середнього шару озерного сапропелю природної вологості.
Методи дослідження – теоретичні дослідження проведені із застосуванням методів математичного і комп’ютерного моделювання, класичної та теоретичної механіки, теорій пружності, різання ґрунтів, фільтрації, методів В.В. Соколовського і Рунге-Кута, розв’язування нелінійних диференціальних рівнянь, вибору раціональних технічних рішень.
Експериментальні дослідження проводились за галузевими і розробленими методиками на стандартному та спеціально виготовленому обладнанні. Під час проведення досліджень застосовували математичний метод планування експерименту.
Наукова новизна отриманих результатів. На основі проведених теоретичних і експериментальних досліджень процесу екскавації озерних сапропелів вперше:
- обґрунтовано та виведено аналітичні залежності для визначення конструктивно-технологічних параметрів засобу для добування сапропелю з забірним пристроєм фрезерного типу та гвинтовим пресом;
- встановлено аналітичні залежності конструктивно-технологічних параметрів РО засобу від визначених фізико-механічних і реологічних властивостей матеріалу для реалізації екологобезпечної технології очищення прісноводних озер;
- отримано регресійні залежності зусилля врізання криволінійних полиць забірного пристрою в масив середнього шару озерного сапропелю та кількості відтиснутої вільної води, які дозволяють оцінити ефективність добутого сапропелю як складника компостів для виробництва органічних добрив.
Отримали подальший розвиток:
- методики оцінки екологічної безпеки технологій добування середнього шару сапропелю та ефективності виробництва ТОД на його основі за рахунок вибору раціональних технологічних параметрів засобу, що дало можливість зберегти природній стан водойми.
Удосконалено:
- методики визначення фізико-механічних властивостей сапропелів, які забезпечили оцінку реального стану масиву матеріалу у виробничих і лабораторних умовах проведення експериментальних досліджень.
Новизна технічних рішень підтверджена патентами України на корисні моделі: № № 100742U, бюл. №15 від 10.08.2015р; 62869, бюл. №18 від 26.09.2011р; 51204, бюл. №3 від 12.07.2010р; 92888, бюл. №17 від 10.09.2014р.
Практичне значення отриманих результатів.
Удосконалено технологію та обґрунтовано екологічно безпечну конструкцію засобу для добування середнього шару озерного сапропелю. Запропоновано технологію використання добутого сапропелю як складника під час виробництва ТОД шляхом компостування соломи злакових культур, яка була оброблена розчином гноївки ВРХ. Розроблено, виготовлено натурні зразки РО забірного пристрою, прес-камеру відтиску вільної води і встановлено закономірності взаємозв’язку між конструктивними та силовими параметрами елементів РО з властивостями озерних сапропелів природної вологості, а також встановлено конструктивно-технологічні показники запропонованого засобу.
Запропоновано інженерну методику вибору раціональних параметрів забірного пристрою фрезерного типу засобу для добування озерних сапропелів з-під шару води. Обґрунтовано структуру та розміри бурта для виробництва ТОД методом компостування соломистих складових злакових культур і сапропелю.
Результати досліджень взяті для використання ПАТ «Ковельсільмаш», ФГ «Перлина Турії» і впроваджені у навчальний процес профільної кафедри Луцького НАУ за напрямком підготовки 6.090.215 «Машини та обладнання сільськогосподарського виробництва».
Особистий внесок здобувача. Основні результати за темою дисертаційної роботи отримано автором самостійно. У роботах, опублікованих у співавторстві, здобувачеві належить: розробка конструктивної схеми засобу для добування сапропелю середнього шару [8, 11]; розробка технології добування озерного сапропелю з-під шару води [2]; виведення аналітичних залежностей для визначення раціональних параметрів забірного пристрою фрезерного типу [3, 7]; побудова математичної моделі руху матеріальної точки по поверхні полиці у вигляді спіралі Архімеда [5]; розроблення методик виконання теоретичних і експериментальних досліджень та схем обладнання [1, 4, 6]; окреслення перспектив використання добутого сапропелю [9, 10].
Частка автора в отриманих патентах однакова.
Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати роботи доповідались та отримали позитивну оцінку на науково-технічних семінарах і наукових конференціях Луцького НТУ (2008...2015 р.р.), Міжнародній конференції «Сучасні проблеми землеробської механіки» (м. Вінниця, ВНАУ, 2012 р.); Міжнародній науково-технічній конференції молодих учених та студентів «Актуальні задачі сучасних технологій» (м. Тернопіль ТНТУ ім. Івана Пулюя, 2012 р.); Міжнародній науково-технічній конференції «Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві» (м. Глеваха, ННЦ «ІМЕСГ», 2013 р.); Міжнародній науковій сесії «Інноваційні проекти в галузі технічного сервісу машин» (м. Харків, ХНТУ ім. Петра Василенка, 2014 р.).
У повному обсязі дисертаційна робота доповідалась й отримала позитивні відгуки на міжнародній науково-технічній конференції "Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві" ННЦ «Інститут механізації та електрифікації сільського господарства» (2014 р.), розширених наукових семінарах Луцького НТУ (2015 р.) та Львівського НАУ (2015 р.).
Публікації. За результатами досліджень опубліковано 15 наукових праць, з яких 7 –у фахових наукових виданнях України, 1 – у міжнародному виданні, що входить до науко метричної бази Index Copernicus, 3 – у збірниках тез науково - практичних конференцій, 4 – деклараційних патентах України на корисні моделі. Загальний обсяг публікацій становить 5,74 друк. арк.
Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел із 123 найменувань та 5 додатків. Основна частина викладена на 167 сторінках, містить 77 рисунків і 14 таблиць. Загальний обсяг дисертації – 209 сторінок.