Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 9
1.1 Состояние и перспективы применения жидкого навоза в качестве органического удобрения в Северо-Западной зоне РФ 9
1.2 Характеристики существующих способов и технических средств для внесения жидких органических удобрений на основе жидкого навоза 15
1.3 Обзор методов выбора рациональных решений 26
1.4 Критерии оценки способов и технических средств, применяемых при внесении жидкого органического удобрения 37
1.5 Краткие выводы. Цель и задачи исследования 38
2 Теоретические предпосылки формирования технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений, и разработка методики автоматизированного выбора 41
2.1 Структурный анализ технологий транспортировки и внесения жидких органических
удобрений 41
2.2 Порядок получения исходной информации 44
2.3 Порядок обработки исходной информации 46
2.4 Порядок определения технологических параметров технологий транспортировки и внесения жидкого органического удобрения на основе навоза крупного рогатого скота
2.4.1 Определение количества и качества навоза 49
2.4.2 Определение технологических параметров операций по переработке навоза в органическое удобрение 55
2.4.3 Выбор типа хранилища для навоза 57
2.5 Методика выбора способов и средств механизации 59
2.6 Сравнительная оценка вариантов технологий транспортировки и внесения жидкого органического удобрения на основе навоза КРС 66
2.7 Информационное обеспечение систем автоматизированного проектирования технологических процессов 79
2.8 Представление пошагового процесса моделирования технологий транспортировки и внесения
жидких органических удобрений из навоза крупного рогатого скота 83
3 Программа и методика экспериментальных исследований способов внесения жидкого органического удобрения 90
3.1 Задачи и программа экспериментальных исследований 90
3.2 Методика проведения экспериментальных исследований
3.2.1 Устройство агрегата для сплошного поверхностного внесения разбрызгиванием 91
3.2.2 Устройство агрегата для ленточного поверхностного внесения через штанговою систему с навесными шлангами 94
3.2.3 Устройство экспериментальной установки для исследований внутрипочвенного внесения удобрений в почву 96
3.2.4 Методика определения динамики изменения содержания питательных элементов со
временем после внесения жидких органических удобрений 97
3.2.5 Методика определения неравномерности внесения по рабочей ширине захвата и по ходу
движения агрегата 99
3.3 Приборы и оборудование, используемые при экспериментальных исследованиях 101
3.4 Обработка экспериментальных данных, оценка точности и проверка гипотезы о законе
распределения случайной величины 102
4 Результаты экспериментальных исследований и апробация методики автоматизированного выбора рациональных технологий транспортировки и внесение 104
4.1 Результаты экспериментальных исследований способов внесения жидкого органического
удобрения 104
4.1.1 Результаты исследований сплошного поверхностного способа внесения разбрызгиванием жидкого органического удобрения 104
4.1.2 Результаты исследований ленточного поверхностного способа внесения через штанговою систему с навесными шлангами 106
4.1.3 Результаты исследований внутрипочвенного способа внесения жидкого органического
удобрения в почву 107
4.2 Апробация методики автоматизированного выбора рациональных технологий
транспортировки и внесение 109
4.2.1 Анализ и выбор технологии транспортировки органических удобрений 112
4.2.2 Оценка рассмотренных вариантов технологий транспортировки и внесения ЖОУ из навоза КРС 114
5 Экономическая эффективность спроектированной технологии 128
Общие выводы 130
Литература 133
- Характеристики существующих способов и технических средств для внесения жидких органических удобрений на основе жидкого навоза
- Определение технологических параметров операций по переработке навоза в органическое удобрение
- Методика проведения экспериментальных исследований
- Результаты исследований ленточного поверхностного способа внесения через штанговою систему с навесными шлангами
Введение к работе
Актуальность темы.
Внедрение новых технологий в животноводстве позволило интенсифицировать отрасль, но при этом возросли объемы, концентрация навоза на локальных территориях, создающие угрозу окружающей среде. Исследованиями, проведенными ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии установлено, что основная доля образующегося в хозяйствах Северо-Западного региона (СЗФО) навоза имеет влажность более 85 %, то есть является полужидким и жидким навозом. Это обусловлено внедрением беспривязного способа содержания крупного рогатого скота. Утилизация жидкого и полужидкого навоза является одной из проблем, требующих незамедлительного решения.
В тоже время источником пополнения гумуса в почве, были и остаются органические удобрения на основе навоза. Основным направлением поддержания плодородия почвы является повышение в ней запасов гумуса до оптимального содержания. Поэтому наиболее рациональным способом использования жидкого навоза в качестве органического удобрения, является внесение его на поля в переработанном виде.
В настоящее время существует огромный выбор импортных машин для транспортирования и внесения жидкого органического удобрения (ЖОУ) различными способами. При их использовании отмечено высокая себестоимость и большая нагрузка на окружающую среду в следствии больших потерь питательных элементов, в том числе из-за недостаточной проработанности их для условий конкретного хозяйства. Повышение эффективности использования навоза достигается при помощи научно-обоснованных методов формирования рациональных вариантов технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений из навоза крупного рогатого скота. Для решения этих задач могут быть применены методы имитационного моделирования, обеспечивающие выбор рациональных технологий транспортировки и внесения жидкого органического удобрения с минимальной нагрузкой на окружающую среду и с минимальными затратами в конкретных условиях сельхозтоваропроизводителя.
Цель исследований – разработать алгоритм выбора рациональных технологий транспортировки и внесения жидкого органического удобрения, обеспечивающий рациональные эколого-экономические показатели в условиях конкретного хозяйства.
Объект исследований. Технологии транспортировки и внесения жидких органических удобрений.
Методика исследований. При выполнении диссертационного исследования использовались как стандартные, так и частные методики исследований с применением математического планирования эксперимента и обработки данных на персональном компьютере с использованием программных пакетов Stat-Graphics Centurion 16.1.11, MS Excel 2013.
Научная новизна. Научную новизну исследований составляют:
алгоритм выбора рациональных технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений для обеспечения экологически безопасного выполнения работ;
обоснованные критерии оценки эколого-экономической эффективности процесса транспортировки и внесения жидкого органического удобрения;
методика оценки экологической эффективности различных способов внесения жидких органических удобрений;
коэффициенты сохранности питательных элементов после внесения жидких органических удобрений различными способами.
Практическая значимость диссертационной работы заключается:
в сформированной базе данных по технологиям и техническим средствам транспортировки и внесения жидких органических удобрений;
в программе ЭВМ автоматизированного выбора рациональных технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений с оценкой их экологической эффективности.
Достоверность научных положений подтверждаются результатами экспериментальных исследований, полученными с использованием современных измерительных устройств, при достаточном количестве повторностей опытов. Опытные данные обработаны с использованием методов математической статистики
Апробация работы. Положения диссертационной работы докладывались
на более 20 мероприятиях, основные из них:
на научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов Санкт-Петербургского государственного аграрного университета, г. Санкт-Петербург-Пушкин в 2011, 2012 годах;
на Международной научно-практической конференции молодых ученых «Аграрная наука ХХI века. Актуальные исследования и перспективы» в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете, г. Санкт-Петербург 2013 год;
- на Международной научно - практической конференции профессорско-
преподавательского состава «Научное обеспечение инновационного развития
АПК» в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете, г.
Санкт-Петербург 2014 и 2015 годах;
- на Международных научно - практических конференциях Федерального госу
дарственного бюджетного научного учреждения «Всероссийский научно-
исследовательский институт механизации животноводства» 2010-2015 годах;
-на «VII Ежегодном смотр-сессии аспирантов и молодых ученных по отраслям наук» ВГМХА им. В.Н. Верещагина, г. Вологда 2013, 2014 годах;
7-ой международной научно-практической конференции «Экология и сельскохозяйственные технологии: агроинженерные решения» в ГНУ СЗНИИМЭСХ 2011 год;
на Международном агроэкологическом форуме «Экологические аспекты производства продукции животноводства; снижение отрицательного воздействия
химически активного азота на окружающую среду в сельскохозяйственном производстве» в ГНУ СЗНИИМЭСХ 2013 год.
Реализация результатов исследования.
Предложенные метод и алгоритм использовались при разработке «Рекомендаций по организации и проведению производственного экологического контроля систем переработки и использования навоза помета (порядок разработки Технологического регламента)» в рамках реализации второй фазы международного проекта Балтазар «BALTHAZAR», при разработке технологических регламентов по переработке и использовании навоза в качестве органического удобрения для ряда животноводческих предприятий Ленинградской и Калининградских областей, при создании онлайн базы данных технологий и технических средств переработки навоза /помета (eco.sznii.ru), произведен сравнительный анализ результатов расчетов и сформированы предпроектные предложения по модернизации системы транспортировки и внесения жидкого органического удобрения для 14 хозяйств Ленинградской области.
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 24 научных работах, в том числе в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ – 4 и 1 методические рекомендации.
Патентование.
В процессе выполнения диссертационной работы были получены 2 свидетельства о регистрации баз данных.
На защиту по специальности 05.20.01 выносятся:
алгоритм выбора рациональных технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений необходимых для обеспечения экологически безопасного выполнения работ;
результаты исследований различных способов внесения жидких органических удобрений в условиях Северо-Запада России;
программный продукт для автоматизированного выбора рациональных технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений;
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 114 наименований, из них 7 на иностранных языках, и 7 приложений. Текстовая часть работы содержит 176 страниц машинного текста, включая 13 таблиц и 36 рисунков.
Проведенные исследования являлись составной частью работ, выполняемых в ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии в соответствии с планом фундаментальный и приоритетных прикладных исследований Россельхозакадемии по научному обеспечению развития АПК РФ на 2011-2013 годы по теме 09.02 «Разработать научные основы построения энергоресурсосберегающих экологически безопасных машинных технологий и технических средств нового поколения для животноводства» на тему 09.02.02. «Разработать стратегию снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду машинных технологий при производстве сельскохозяйственной продукции, методику обоснования экологически безопасного размещения и функционирования животноводческих и птицеводческих предприятий (на примере субъекта северо-западного региона РФ)»
Характеристики существующих способов и технических средств для внесения жидких органических удобрений на основе жидкого навоза
Основным направлением роста плодородия почвы является повышение в ней запасов гумуса до оптимального содержания. Основным источником пополнения гумуса в почве, гумусообразующим материалом были и остаются органические удобрения на основе навоза и помета.
Использование органических удобрений оказывает многостороннее воздействие на все агрохимические показатели почвы и позволяет вовлечь в хозяйственно-биологический круговорот элементы минерального питания и органическое вещество, отчуждаемые с урожаем. Интерес к органическим удобрениям в мировом земледелии в последние годы повышается в связи с удорожанием энергоресурсов и стоимости минеральных удобрений, а также обострением проблемы получения качественной сельскохозяйственной продукции [2, 28, 30, 105].
Особенностью Северо-Западного региона является то, что его территория расположена в пределах бассейна Балтийского моря. Поэтому здесь в полном объеме должны выполняться требования Хельсинской Конвенции по защите Балтийского моря [84].
Принятый странами участниками конвенции План действий признает эвтрофи-кацию основной проблемой Балтийского моря, а сельское хозяйство отнесено к одному из ведущих источников поступления азота и фосфора, которые ее вызывают, в водную систему бассейна Балтийского моря. Предписывается для России сокращение по азоту на 6970 т и фосфору на 2500 т не позднее 2016 г., как от наземных, так и воздушных источников. Это накладывает определенные экологические требования к технологиям переработки и применение навоза в качестве органических удобрений.
Наиважнейшим условием плодородия почв является применение органических удобрений, прежде всего навоза, который обеспечивает не только пищевой режим растений, но и регулирует интенсивность и объем малого круговорота энергии в агроэкосистемах. Еще академик Д.Н. Прянишников указывал, что «как бы ни велико было производство минеральных удобрений, навоз никогда не потеряет своего значения, как одно из главнейших удобрений в сельском хозяйстве».
Чрезвычайно важная их роль в поддержании уровня гумуса. К сожалению, за прошедшие 70 – 100 лет количество гумуса в почве сократилось на 40 – 69% [34]. За этот период в дерново-подзолистых почвах содержание гумуса упало с 3,4 – 4,3 до 2,0% и менее, а за последние 50 лет его убыль составила более 50% [53].
Внедрение новых технологий в животноводстве позволило интенсифицировать отрасль, но при этом возросли объемы и концентрация навоза, создающие угрозу окружающей среде. Процесс утилизации навоза включает этапы по переработке, хранению, транспортировке и внесению. Особое внимание стоит уделять оценке способов внесения органических удобрений, оказывающих существенное влияние не только на экологическую безопасность, но и на эффективность сельскохозяйственного производства в целом. От снижения потерь навоза и лучшего использования его питательных веществ, прежде всего, зависит успешное ведение сельскохозяйственного производства.
В период председательства Российской Федерации в Хельсинкской Комиссии по защите морской среды региона Балтийского моря осуществлялся проект: «Улучшение защиты Балтийского моря от основных угроз со стороны наземных источников загрязнения: сокращение нагрузки биогенов от сельского хозяйства и риска от опасных отходов (Снижение опасных и сельскохозяйственных сбросов на Балтике - BALTHAZAR)». В рамках проекта ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии проводил анкетирование, по результатам которого установлено, что основная доля образующегося в хозяйствах Северо-Западного региона навоза имеет влажность более 85%, то есть является полужидким и жидким (рисунок 1.1). Твердый;
Северо-Западный природно-экономический регион охватывает более 122 млн. га земель в лесной части европейской территории, из них около 3 млн. га составляет пашня (2,6 % от общей площади пашни России). Его значительная протяженность определяет весьма существенные различия в природных условиях: климатических, ландшафтных, свойствах почв и т.д., что влияет на выбор технологий, технических решений, показатели работы сельскохозяйственных агрегатов и формы их использования.
В целом для климата региона характерен высокий гидротермический коэффициент, что определяет «промывной» водный режим почв, который в сочетании с высокой щёлочностью пород ведет к формированию почв подзолистого типа.
Климат региона, где ведется сельскохозяйственная деятельность в целом прохладный, умеренно прохладный и влажный. Количество безморозных дней колеблется от 75 на западе до 145 на востоке. Длительность активно-вегетационного периода в пределах региона колеблется от 140 до 60 дней, а сумма температур за этот период – от 2100 до 6000.
Из-за изрезанности лесами, болотами и открытыми осушительными канавами размеры полевых участков невелики (0,5 – 30 га), очертания участков в значительной части неправильные порядка 30%, средняя длина гона 200 – 300 м. Особенность региона – значительная засоренность пахотных площадей камнями (45%). В виду сложных природно-климатических условий Северо-Западный регион РФ является зоной рискового растениеводства.
Исходя из рассмотренных условий, основным направлением развития сельскохозяйственного производства является молочное животноводство, а также птицеводство и свиноводство, кормопроизводство, возделывание картофеля, овощей и др. культур. По объему валовой продукции на животноводство в регионе приходится 80 %.
Наибольшее внимание проблеме утилизации навоза уделяется в Ленинградской области, находящейся в бассейне Балтийского моря и имеющей наиболее развитое животноводство в Северо-Западном регионе РФ.
Определение технологических параметров операций по переработке навоза в органическое удобрение
К процессу приготовления органических удобрений из навоза относятся операции по разделению навоза, его стабилизации или обработки полученных фракций, возможен вариант смешивания его с влагопоглощающими материалами и дальнейшим компостированием, хранение органических удобрений [7, 35, 108, 109].
Разделению на фракции подвергается, как правило, жидкий навоз и навозные стоки на свиноводческих предприятиях мощностью 12 тыс. свиней в год и более и на предприятиях крупного рогатого скота мощностью 2500 голов молодняка в год и более [76].
Целесообразность разделения жидкого навоза и навозных стоков на фракции независимо от мощности предприятия в каждом конкретном случае должна быть дополнительно определена, исходя из их влажности, а также требований к дальнейшей обработке, хранению и использованию. WИСХ, W1, W2 – влажность исходного навоза и его фракций, %. Для повышения эффективности выделения сухих веществ в некоторых случаях вводят в жидкую фракцию высокомолекулярный полиэлектролит – флокулянт из расчета 3,0 - 4,0 кг сухого порошка на 1т сухих веществ навоза. Сухой порошкообразный флокулянт перед поступлением в жидкую фракцию навоза растворяется в воде с помощью автоматической станции приготовления концентрированного раствора флокулянта. Расход воды на приготовление раствора флокулянта составляет 1 м3 на 1 кг сухого порошка. го вещества в процессе обработки. Масса полученного удобрения:
Тип и количество навозохранилищ во многом зависит от технологий транспортировки и внесения удобрения, описанных в первой главе.
Хранение навоза следует осуществлять в прифермских хранилищах в случае применения прямоточной и перегрузочной технологии транспортировки. Полевые хранилища приемлемы при применении перевалочной технологии транспортировки или при не достатке места на прифермской территории. В целях совмещения процессов карантинирования и хранения навоза количество секций хранилищ должно быть не менее двух.
Основные типы навозохранилищ представлены на рисунке 2.4 Навозохранилище а) железобетонное хранилище; б) пленочная лагуна; в) каркасное хранилище; г) хранилище из эмалированных металлических листов. Для бесподстилочного навоза хранилища допускается устраивать заглубленными или наземными траншейного типа; они должны иметь ограждения, устройства для забора жидкого навоза или навозной жижи насосами, и вдоль одной из стенок иметь съезды с уклоном 0,15 [61]. Глубину хранилищ следует назначать в соответствии с техническими характеристиками применяемых средств для выгрузки, но не более 5 м; ширину - не менее 18 м. Днища и откосы хранилищ должны иметь твердое покрытие.
Все бетонные и железобетонные конструкции днища и стен навозохранилища должны иметь защитное покрытие, обеспечивающее их долговечность в условиях контакта с навозом, относящимся к агрессивной среде средней степени.
Для выбора способов и средств механизации сельскохозяйственного производства могут быть применены методы, которых на сегодняшний день большое множество и которые имеют только модельные примеры [27, 37, 69, 89].
Автоматизированную методику формирования машинных технологий транспортировки и внесения жидкого органического удобрения представим в виде схемы (рисунок 2.5). Схема представляет собой наглядное пособие пошагового выполнения процессов. Блок «паспорт предприятия» включает в себя информацию о производственных факторах, ресурсах и технико-технологические характеристики. Блок «базы данных» содержит нормативно-справочный материал банка знаний и материал базы данных технических средств и оборудования. Блоки с маркировкой «А1-А15» содержат алгоритмы формирования, расчета ресурсов, сравнительной характеристики и т.д. на каждом шаге выполнения проектирования вариантов технологий. Блоки «БП-БП5» фиксируют результат расчета в виде таблиц с целью доступа для редактирования и принятия окончательного решения. Блоки «О1, О2, О3» выводят полученный результат на дисплей в диалоговом режиме для анализа и, в случае необходимости, редактирования. Блок «Т.к.» выводит на печать результат или несколько результатов рациональных вариантов технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений.
При формировании технологических линий техническими средствами и оборудованием учитываются предварительно проделанные итерации по определению элементов технологии [16]. Исходные данные транспортировки и внесения жидких органических удобрений. Согласно принципу совмещения и следования технические комплексы и средства, не попадающие под технологически принятые решения, игнорируются. Сформированная база данных по техническим комплексам, средствам и оборудованию представляет широкие возможности для формирования технологических линий. Для выполнения операций транспортировки и внесения жидких органических удобрений разработано достаточно большое количество машин, различающихся между собой производительностью, расходом топлива, технологическими показателями и ценой. Для выбора технических средств разработан ряд алгоритмов, которые позволяют выбрать наиболее эффективный комплекс машин для заданных условий.
Методика проведения экспериментальных исследований
Для разработки программы автоматизированного выбора технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений для условий конкретного хозяйства. Получен условный обобщенный критерий Зуд_к, определяемый величиной затрат, приходящихся на единицу объема питательных веществ, доведенных до растения и сохраненных. Составной частью критерия является коэффициент тгсохр сохранности питательных веществ кэкб после внесения в почве со временем.
Поэтому целью экспериментальных исследований было поставлено определе тгсохр
ние значения кэкб и последующее ее сравнение со значениями полученными в теоретической части (глава 2, таблица 2.4) для поверхностного и внутрипочвенного способов внесения ЖОУ в условиях Северо-запада РФ.
Исследования поверхностного способа осуществлялись на следующих машинах: для сплошного поверхностного способа внесения ЖОУ разбрызгиванием VT 16200/5, для поверхностного ленточного внесения через штанговою систему с навесными шлангами ZUNHAMMER SZ18.5 PUL, для внутрипочвенного способа внесения была изготовлена экспериментальная установка, с рабочим органом в виде культиваторной лампы. Данные машины и рабочие органы в виде культива-торных лап при внутрипочвенном внесении, получили широкое распространение в РФ.
3.2 Методика проведения экспериментальных исследований 3.2.1 Устройство агрегата для сплошного поверхностного внесения разбрызгиванием
Схема агрегата для внесения изображена на рисунке 3.1. Рисунок 3.1 - Схема агрегата для поверхностного сплошного внесения разбрызгиванием ЖОУ. 1 – резервуар для жидкого навоза, 2 – рама, 3 – дышло, 4 – колесный стан, 5 – тормозная система, 6 – гидравлическая система, 7 – электропроводка, 8 – засовы распределителя, 9 – переливной бачок, 10 – поплавковый клапан, 11 – всасывающий рукав, 12 – компрессор, 13 – клапан безопасности, 14 – подвешиваемая осветительно-сигнализационная установка. Машина для внесения представляет собой резервуар 1 размещенный на раме 2. Рама установлена на три оси движителей 4. Для загрузки и выгрузки установлена пневматическая система, состоящая из компрессора 12, всасывающего рукава 11 и системы безопасности компрессора от заливания жидкостью: переливной бачок 9, клапан безопасности 13, поплавковый клапан 10. Для управления наполнением или выгрузкой резервуара на машину установлены: засовы распределителя 8, вакуумметр.
Ротационный компрессор 12, с приводом от вала отбора мощности через карданный вал, через пневматическую систему машины создает вакуумметрическое давление или повышенное давление в бочке в зависимости от расстановки распределительного клапана 8. Наполнение бочки происходить путем всасывания через всасывающий рукав 11 присоединенного патрубку нижнего клапана при расстановке рычага распределительного клапана 8 по направлению «S». Открытие нижнего клапана происходит с помощью гидравлической системы машины, подключенной к гидравлической системе трактора, что предоставляет возможность регулирования разливания жидкости из кабины трактора. Давление в пневматической системе машины указывает закрепленный на цистерне вакуумметр.
Схема рабочего органа для поверхностного внесения. Поверхностное внесение происходит следующим образом, жидкость подается под давлением на отражатель, при ударе об отражатель, равномерно разбрасывается по рабочей ширине захвата. Таблица 3.1 - Технические характеристики машины для внесения ЖОУ VT
Схема агрегата для внесения изображена на рисунке 3.3. Рисунок 3.3 - Схема агрегата для ленточного поверхностного внесения через штанговою систему с навесными шлангами ZUNHAMMER SZ18.5 PUL 1 – главный трубопровод подачи удобрения; 2 – шланги для подачи удобрения; 3 – штанга; 4 – цистерна; 5 – компрессор; 6 – распределитель. Принцип работы машины соответствует принципу работы машины для поверхностного внесения описанный в пункте 3.2.1. Внесение на машине ZUNHAMMER SZ18.5 PUL происходит путем нагнетания избыточного давления 0,045 МПа в цистерне 4, из кабины трактора открывается задвижка главного трубопровода подачи удобрения 1, удобрение по трубопроводу 1 подается в распределитель 6, после распределителя ЖОУ равномерно распределятся по шлангам 2, расположение на штанге 3 с междурядьем 300 мм, с шлангов удобрение вносится на поверхность почвы.
Схема экспериментальной установки для внутрипочвенного внесения ЖОУ. Экспериментальная установка представляет собой емкость 1 размещенную на раме 7. Рама навешивается на трактора 8 мощностью 18,3 кВт. На раме установлены три стрельчатые лапы 6 в расстановку 700 мм, к которым крепиться трубопровод 4 с металлическим наконечником 5. Для создания избыточного давления 0,045 МПа в емкости 1, объемом 0,1 м3, используется поршневой компрессор 3 c манометром 11 для прослеживания давления в емкости 1. Управление выгрузкой ЖОУ производится с помощью крана 9.
Принцип работа экспериментальной установки заключается в следующем: поршневой компрессор 3, с производительностью 280 л/мин, с приводом от электродвигателя мощностью 3,2 кВт, через шланг 2, создает избыточное давление в емкости 1, при открытии крана 9 ЖОУ под давлением через трубопровод 4 поступает в полость образуемою стрельчатой лапой в почве на глубине 10 см. Глубина внесения 12 см выставляется опорным колесом с регулировочной штангой. Доза внесения нормируется избыточным давлением в емкости 1 в размере 0,045 МПа и скоростью движения установки 7,8 км/ч.
Результаты исследований ленточного поверхностного способа внесения через штанговою систему с навесными шлангами
В таблице 4.5 представлены исходные данные для отбора множества парето-оптимальных решений. Согласно аксиоме Парето: если оценка одного из двух вариантов не хуже оценки второго варианта по всем компонентам, причём по крайней мере по одной из них - строго лучше, то первый вариант предпочтительнее второго, т.е. (2.56)
Аксиома исключения: вариант, не выбираемый в какой-либо паре, не должен оказаться среди выбранных и из исходного множества возможных вариантов, т.е.
Принятие сформулированных выше двух аксиом даёт возможность установить фундаментальный принцип многокритериального выбора - принцип Эджворта-Парето: при выполнении аксиомы Парето и аксиомы исключения для любого множества выбираемых вариантов C(Х) имеет место включение C(Х) = Р/Х). Здесь через Р/Х) обозначено множество парето-оптимальных вариантов, определяемое следующим образом: Отбор осуществляется среди 12 технологий по 2 критериям.
В соответствии с аксиомой Парето отбрасываем варианты технологии № 1, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 11, 12 так как технологии № 2, 6 и 10, эффективнее по обоим критериям. В результате получим Парето-оптимальные решения: №2, - прямоточная технология транспортировки и внутрипочвенного внесения, № 6 комбинированная технология транспортировки и внутрипочвенного внесения, №10 - перевалочная технология транспортировки и внутрипочвенное внесение.
№ 2 прямоточная технология транспортировки и внутрипочвенного внесения в агротехнические сроки предусмотренные под внесение удобрений, включает в себя загрузку жидкого органического удобрения в транспарантную машину, транспортировку удобрений на поля где планируется внесение и внутрипоч-венное внесение этой же машиной удобрений на поля под многолетние культуры и при предпосевной обработке почвы.
№ 6 комбинированная технология транспортировки и внутрипочвенного внесения включает в себя ежедневную транспортировку навоза в полевые навозохранилища по подземным трубопроводам при помощи насосных станций и в агротехнические сроки, предусмотренные под внесение удобрений, загрузку жидкого органического удобрения в транспарантную машину, транспортировку удобрений на близ лежащие поля, где планируется внесение и внутри-почвенное внесение этой же машиной удобрений на поля под многолетние культуры и при предпосевной обработке почвы.
№ 10 перевалочная технология транспортировки и внутрипочвенное внесение включает в себя ежедневную транспортировку навоза в полевые навозохранилища на транспортных машинах и в агротехнические сроки, предусмотренные под внесение удобрений, загрузку жидкого органического удобрения в транс-парантную машину, транспортировку удобрений на близ лежащие поля, где планируется внесение и внутрипочвенное внесение этой же машиной удобрений на поля под многолетние культуры и при предпосевной обработке почвы. Проектируемые варианты сравниваются с технологией применяемой рассматриваемым хозяйством в настоящее время. В приложении Г эта технология показана под № 3. Стоит отметить, что расчет всех технологий проводился с учетом имеющейся в хозяйстве материально - технической базы. Для технологии №3 в статье капитальных затрат предполагаются затраты на восстановление сооружений, потерявших свои функциональные свойства, и замену устаревших технических средств. В таблице 4.6 представлены технико-экономические характеристики технологии получения органических удобрений по варианту №2.
При анализе технологических и технических решений выявлен ряд факторов, влияющих на эффективность и качество их выполнения.
1. Одним из основных факторов является удаленность полей от хранилищ жидких органических удобрений. Исследования показали, что при радиусе транспортировки более 17 км внесение ЖОУ по любой технологии становится убыточным, а при поверхностном внесении, без запашки, не более 7 км, то есть эксплуатационные затраты превышают предполагаемую прибыль от реализации дополнительной продукции, полученой в результате повышения урожайности сельскохозяйственных растений. Это связано с увеличением капитальных и эксплуатационных затрат, вызванных увеличением радиуса перевозок, который в свою очередь связан с потребностью в энергоносителях.
2. Наименьшие эксплуатационные затраты при комбинированной технологии транспортировки, так как при ней используется минимальное число мобильных технических средств. В тоже время технология требует наибольших капитальных затрат по сравнению с другими технологиями транспортировки, имеет больше ограничений по применимости (ландшафт, перепады высот, овраги, наличием многочисленных мелиоративных канав и т.п.)
3. Поверхностное внесение разбрызгиванием без запашки является наименее целесообразным в связи с высокой эмиссией питательных элементов (порядка 51%) и высокой неравномерности внесения, что в последствии вызывает пестроту поля, в связи с этим этот способ имеет наименьший рентабельный радиус перевозок с любой технологией транспортировки, не более 5 км.
4. В условиях Ленинградской области наиболее эффективной технологией транспортировки является прямоточная с внутрипочвенным внесением, в связи с разбросанностью полей от хранилища. В нынешних условиях рыночной экономики многие поля у хозяйств находится не в собственности, а в аренде, в связи с этим не представляется возможным прокладка по ним подземных трубопроводов и постройка на этих территориях дорогостоящих навозохранилищ, перекачивающих станций, дорог необходимых при перевалочной и комбинированной технологиях транспортировки.
5. Важным показателем экологической эффективности технологии является показатель повышения плодородия сельскохозяйственных угодий, выраженный в стоимости прибавки урожая. При оценке технологий необходимо, чтобы данный показатель возрастал, а удельные затраты на единицу объема питательных веществ, доведенных до растения и сохраненных снижались.