Введение к работе
Актуальность работы. Свиноводство – важная отрасль сельскохозяйственного производства и основной поставщик мяса для населения и сырья для перерабатывающей промышленности. Приоритетный национальный проект «Развитие АПК» положил конец глубокому кризису производства и длительному периоду застоя в промышленном свиноводстве, техническая база которого была создана в 70-80-е годы прошлого века. Выгодные условия кредитования привлекли в отрасль крупных инвесторов (мясокомбинаты, торговые фирмы, банки и т.п.), ранее не занимавшихся сельскохозяйственным производством.
В 2006 году было объявлено о начале реализации более 50-ти инвестиционных программ по созданию свиноводческих предприятий. В основном это дорогостоящие, крупные и сверхкрупные, не имеющие аналогов за рубежом комплексы на 54, 108, 216, 500 тыс. и даже на 1 млн. свиней в год. Общая стоимость проектов превышает 80 млрд. руб. Министерство сельского хозяйства намерено до 2020 года дополнительно инвестировать в отрасль более 90 млрд. руб., чтобы приблизиться к показателям докризисного 1991 г., удвоить производство свинины, сократить и по возможности прекратить её импорт.
Рациональное использование отходов сельскохозяйственного производства – большая и важная проблема. Она связана, с одной стороны, с использованием огромного энергетического потенциала биомассы для получения органических удобрений, с другой – с необходимостью исключить загрязнение водоемов, заражение почвы болезнетворными бактериями и гельминтами, содержащимися в отходах животноводческих ферм.
Одним из ведущих комплексных показателей плодородия почв является содержание в них гумуса. Известно, что 53,34 млн. га (45,3%) пашни страны имеют очень низкое его содержание. Для повышения содержания гумуса в почве, требуется вносить от 6 до 14 т/га органических удобрений, из расчета ежегодной насыщенности. Согласно концепции развития животноводства, плановых показателей, формируемой федеральной Программой плодородия почв, применение органических удобрений к 2010 году достигнет 450 млн. тонн.
Анализ отечественного и зарубежного опыта производства свинины показывает, что более перспективной технологией является содержании животных на глубокой подстилке. Она наиболее полно отвечает климатическим условиям России и обеспечивает получение высококачественных органических удобрений с минимальными затратами энергии и материальных ресурсов. Известные способы содержания свиней при высоких ценах на энергоресурсы резко повышают себестоимость мяса. Поэтому, на сегодняшний день, разработка технологии содержания свиней на глубокой подстилке является актуальной проблемой.
Цель работы. Снижение энергозатрат при переработке свиного навоза глубокой подстилки путем совершенствования технологии и технических средств приготовления органических удобрений.
Объект исследования. Технологический процесс уборки, измельчения и приготовления органических удобрений при переработке навоза глубокой подстилки.
Предмет исследования. Закономерности взаимодействия рабочих органов машин и устройств с сырьём и готовым продуктом. Разрушение, измельчение, аэрация навоза глубокой подстилки.
Методика исследований. Теоретические исследования проводились с использованием методов теоретической механики, дифференциального и интегрального исчисления и численного моделирования процессов работы машин. В экспериментальных исследованиях нашли применение дисперсионный анализ и теория планирования эксперимента. Обработка результатов осуществлялась методами регрессионного анализа. Использовались серийные и специально изготовленные приборы.
Научная новизна.
– разработана новая технология и технические средства для уборки и переработки навоза глубокой подстилки при содержании свиней в ангарах;
– получены качественные характеристики физико – механических свойств навоза глубокой подстилки и процессов взаимодействия с ними рабочих органов питателя – разрушителя;
– разработана новая конструктивно – технологическая схема питателя – разрушителя;
– разработаны математические модели, описывающие систему «питатель – разрушитель, измельчитель, аэратор навоза», модель взаимодействия рабочих органов питателя – разрушителя с навозом глубокой подстилки, модель взаимодействия рабочих органов измельчителя навоза, модель распределения воздушного потока в компостируемой массе аэратора.
– аналитически обоснованы и оптимизированы режимы и конструктивные параметры аэратора компостной смеси.
Практическая значимость. Результаты исследований процесса разрушения, измельчения и аэрации навоза глубокой подстилки являются основой для совершенствования существующих и создания новых машин для уборки, измельчения и приготовления органических удобрений.
Реализация результатов исследований. Результаты исследований процесса биоферментации компостных смесей и предложенная конструкция аэратора и питателя – разрушителя приняты к внедрению в СПХК «Маяк Ленина» Сампурского района, Тамбовской обл., ЗАО «Приволье» Мичуринского района Тамбовской области, ОАО «ТАМБОВРЕМТЕХПРЕД» г. Тамбов, ОАО «Нива» Мичуринского района Тамбовской области, ЗАО «Раненбург–комплекс» Чаплыгинского района Липецкой области, ООО «Аладьино» Чучковского района Рязанской области, ОАО «Родина» Лебедянского района Липецкой области; аэратор компоста внедрен в ФГУП учхоз-племзавод «Комсомолец»; методические материалы по анализу процесса биоферментации компостных смесей используются в учебном процессе Тамбовского государственного технического университета и Мичуринского государственного аграрного университета.
Основные положения, выносимые на защиту:
– обоснование технологии и технических средств для уборки и переработки навоза глубокой подстилки в органическое удобрение;
– математическое обоснование основных параметров питателя – разрушителя и измельчителя пласта навоза глубокой подстилки;
– математическое обоснование процесса распределения воздуха в аэраторе навоза;
–результаты экспериментальных исследований питателя – разрушителя и измельчителя навоза глубокой подстилки;
– результаты экспериментальных исследований основных параметров аэратора;
– результаты внедрения и оценки экономической эффективности предлагаемой технологии уборки и переработки навоза глубокой подстилки.
Апробация работы. Основные положения работы доложены и одобрены на научно–практической конференции «Инженерное обеспечение АПК» 23-24 октября 2003 года Наукоград РФ Мичуринск; международно-практической конференции молодых ученых и специалистов. «Вклад молодых ученых в развитие аграрной науки ХХI века» - Рязань, 2004.; научно–методической конференции, посвященной 160–летию со дня рождения профессора П.А. Костычева г. Рязань, ФГОУ ВПО РГСХА, 2005 г., Всероссийской научно–практической конференции «Проблемы развития аграрного сектора региона» г. Курск, КГСХА, 2006 г., международной научно–практической конференции «Мировой опыт и перспективы развития сельского хозяйства » г. Воронеж, ФГОУ ВПО ВГАУ, 2008 г, научно–практической конференции «Роль науки в повышении устойчивости функционирования АПК Тамбовской области» МичГАУ 17–18 ноября 2004 года., Наукоград РФ Мичуринск, 2004.; международной научно–практической конференции 15–16 ноября 2007 г. «Перспективные технологии и технические средства в АПК», Мичуринск – наукоград РФ, 2008; международной научно–практической конференции 20–21 апреля 2011 г. «Научно-технический прогресс в животноводстве – инновационная модернизация в отрасли», Подольск, 2011.
Публикации. Материалы диссертации отражены в 43 печатных работах, в т.ч. 17 из них в научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК. Общий объем публикаций составляет 5,21 п.л., из которых 2,4 п.л. принадлежит лично соискателю.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Объем диссертации составляет 334 страниц основного текста, содержит 173 рисунка, 53 таблиц, библиографический список из 268 наименований, из них 15 на иностранных языках и 30 приложений.
