Введение к работе
Актуальность работы. «Как бы ни было велико производство минеральных удобрений в стране, навоз никогда не потеряет своего значения как одно из главнейших удобрений в сельском хозяйстве» писал Д.Н. Прянишников. Почти 100 лет назад были сказаны эти слова, но и в настоящее время они являются актуальными.
Наиболее распространенной технологией переработки навоза в удобрение является его компостирование в буртах на открытых площадках с соломой, торфом и другими углеродосодержащими компонентами, что связано со сравнительной простотой процесса и достаточно низкими энерго- и трудозатратами.
Широко внедренный в советское время площадочный способ компостирования предусматривал использование погрузчика непрерывного действия, серийный выпуск которого остановлен в начале 90-х годов. Вместе с тем, машина имела ряд серьезных недостатков: высокая металлоемкость и сложность конструкции, низкая надежность в работе. Попытка заменить данную машину прицепом-навозоразбрасывателем в паре с погрузчиком привела к увеличению количества технологических операций и единиц техники, что, как следствие, повысило себестоимость готовых органических удобрений.
Другие разработанные машины подобного функционального назначения остаются в виде единичных опытных образцов и не нашли широкого применения в народном хозяйстве. Машины импортного производства имеют высокую стоимость и не адаптированы к низкому качеству исходного навоза.
Все это ведет к тому, что ценные питательные для растений вещества навоза не используются, а годами накапливаемые отходы представляют санитарно-ветеринарную опасность и наносят вред экологии региона.
Поэтому совершенствование технологии производства компостов с разработкой и обоснованием конструктивно-режимных параметров рыхлителя буртов является актуальной задачей.
Работа выполнена в соответствии с:
- 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 навоза и подготовки высококачественных органических удобрений (головной институт ГНУ ВНИИМЖ);
- государственными контрактами на выполнение НИОКР с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере: №7133р/9641 от 31.07.2009 г. на тему «Разработка машины для приготовления компостов»; №8695р/13986 от 14.01.2011 г. на тему «Разработка технологии производства органических удобрений в буртах».
Цель исследований. Повышение эффективности процесса приготовления компостов путем обоснования конструкции и режимов работы рыхлителя буртов.
Объект исследований. Технологический процесс приготовления компостов и техническое средство его обеспечения.
Предмет исследований. Закономерности взаимодействия рабочих органов рыхлителя буртов с компостной смесью.
Методы исследований. В процессе теоретических исследований использовали методы математического анализа, теоретической механики, математического и компьютерного моделирования рассматриваемых процессов. Экспериментальные исследования проводили по методике планирования экспериментов с использованием действующих ГОСТов и ОСТов, методики планирования многофакторных экспериментов, частных методик лабораторных исследований, стандартных измерительных приборов и оборудования, оригинальных лабораторных установок.
Научную новизну составляют:
математические модели взаимодействия рабочих органов рыхлителя буртов с компостируемым материалом и удельной энергоемкости процесса приготовления компостов;
численные значения и закономерности изменения коэффициента бокового распора соломонавозной смеси от влажности и оказываемого давления;
экспериментальные закономерности влияния конструктивно-режимных параметров рабочих органов рыхлителя буртов на удельную энергоемкость процесса приготовления компостов.
Практическую значимость представляют:
конструкция рыхлителя буртов для приготовления компостов, защищенная патентом РФ на изобретение №2352093;
уточненные физико-механические и технологические свойства соломонавозных смесей;
оптимальные конструктивно-режимные параметры рыхлителя буртов, позволяющие снизить удельную энергоемкость приготовления компостов на открытых площадках в буртах;
методики инженерного расчета конструктивных параметров и режимов работы рыхлителя буртов.
Реализация результатов исследований.
Производственные испытания и внедрение рыхлителя буртов проводились в ФГУП учхоз-племзавод «Комсомолец» Тамбовской области на ферме 600 голов крупного рогатого скота с 2007 по 2010 гг.
Предложенная конструкция рыхлителя буртов принята к внедрению в научно-производственном предприятии ООО «Вектор» г. Мичуринск, при финансовой поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по грантам №7133р/9641 от 31.07.2009 и №8695р/13986 от 14.01.2011 г.
Методические материалы по моделированию взаимодействия лопастных барабанов с компостной смесью используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет» и ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет».
На защиту выносятся следующие научные положения:
- конструктивно-технологическая схема рыхлителя буртов;
- математические модели технологического процесса взаимодействия рабочих органов рыхлителя буртов с компостной смесью и удельной энергоемкости процесса приготовления компостов;
- результаты экспериментальных исследований бокового распора соломонавозной смеси;
- оптимальные конструктивные параметры и режимы работы рыхлителя буртов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались ежегодно с 2007 по 2011 гг. на научных конференциях Мичуринского государственного аграрного университета.
Отдельные материалы диссертации доложены и одобрены: на Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Инновации молодых ученых и специалистов – национальному проекту «Развитие АПК» (г. Рязань, 2006 г.); на научных конференциях в рамках Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди студентов агарных ВУЗов Центрального федерального округа РФ в номинации «Агроинженерия» (г. Рязань, 2007, 2008 гг.) и Всероссийского конкурса на лучшую научную работу среди аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений Минсельхоза России по номинации «Агроинженерия» (г. Москва, 2007, 2008 гг.); на VIII-й Международной научно-методической конференции «Интродукция нетрадиционных и редких растений» (г. Мичуринск, 2008 г.); на Международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в животноводстве – стратегия машинно-технологического обеспечения производства продукции животноводства на период до 2020 г.» ГНУ ВНИИМЖ (г. Подольск, 2009 г.); на Всероссийской научно-практической конференции «Инновационно-техническое обеспечение ресурсосберегающих технологий в АПК» (г. Мичуринск, 2009); на Международной научно-практической конференции «Машинно-технологическое обеспечение животноводства – проблемы эффективности и качества» ГНУ ВНИИМЖ (г. Подольск, 2010 г.); на Международной научно-практической конференции «Инженерное обеспечение инновационных технологий в АПК» (г. Мичуринск, 2010 г.).
Теоретические и экспериментальные исследования с производственной реализацией результатов удостоены золотой медали «За разработку машины для приготовления компостов РБП-1» Всероссийской выставки «День садовода» 2008 г.
Публикации результатов работы. Основные положения диссертации отражены в 13 научных трудах, в том числе 3 статьях в рецензируемых научных изданиях, рекомендуемых ВАК РФ. Общий объем публикаций составляет 4,26 п.л., из которых 1,21 п.л. принадлежит лично соискателю. Новизна разработанного технического средства подтверждена патентом РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Работа содержит 181 машинописную страницу, 51 рисунок, 11 таблиц, 130 литературных источников и 7 приложений.
