Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса исследований способов и технических средств для приготовления компостов. цель и задачи исследований 12
1.1. Значение производства компостов в сельскохозяйственном производстве 12
1.2. Агротехнические требования на приготовление компостов 19
1.3. Анализ технологических схем приготовления компостов 23
1.4. Анализ технических средств для измельчения твердых органических удобрений 37
1.4.1. Классификация измельчителей ТОУ 47
1.5. Анализ теоретических исследований технологического процесса распределяющих устройств навозоразбрасывателей... 50
1.6. Выводы 54
1.7. Цель и задачи исследований 55
2. Теоретические исследования рабочего процесса устройства для измельчения тоу и расчет его параметров ... 56
2.1. Обоснование и описание конструктивно-технологической схемы устройства для измельчения ТОУ 56
2.2. Анализ взаимодействия нижнего подающего барабана и верхнего барабана-ускорителя с твердыми органическими удобрениями 57
2.2.1. Анализ размещения штифтов в камере измельчения 68
2.3. Анализ процесса разрушения ТОУ в камере измельчения 72
2.4. Анализ условия подачи ТОУ в камеру измельчения. 80
2.5. Анализ энергоемкости подачи ТОУ в камеру измельчения 81
2.6. Выводы 84
3. Методика и результаты исследований физико-механических свойств ферментированных органических удобрений 86
3.1. Методика исследований физико-механических свойств твердых органических удобрений 86
3.2. Результаты исследований физико-механических свойств твердых органических удобрений 91
3.3. Выводы 97
4. Экспериментальные исследования рабочего про цесса и обоснование оптимальных параметров устройства для измельчения ТОУ 98
4.1. Устройство и принцип действия экспериментальной установки 98
4.2. Программа исследований 101
4.2.1. Задачи исследований 101
4.2.2. Программа проведения эксперимента 101
4.3. Методика обработки экспериментальных данных 103
4.4. Результаты исследований влияния режимно-технологических параметров устройства на среднюю длину частиц измельченных ТОУ 109
4.5. Определение мощности на подачу ТОУ в камеру измельчения 116
4.6. Выводы 122
5. Обеспечение надежности работы устройства для измельчения ТОУ 123
5.1. Анализ возникновения отказов в работе устройства для измельчения ТОУ 123
5.2. Методика расчета на прочность штифтов дробильной камеры 124
5.3. Выводы 130
6. Производственные испытания и расчет экономической эффективности исследуемого устройства для измельчения ТОУ 132
6.1. Производственные испытания предложенного устройства для измельчения ТОУ 132
6.2. Расчет экономической эффективности устройства для измельчения ТОУ 138
7. Общие выводы 144
литература 146
приложения 159
- Значение производства компостов в сельскохозяйственном производстве
- Обоснование и описание конструктивно-технологической схемы устройства для измельчения ТОУ
- Методика исследований физико-механических свойств твердых органических удобрений
- Устройство и принцип действия экспериментальной установки
Введение к работе
Во второй половине прошлого столетия земледелие в нашей стране развивалось в основном за счет применения интенсивных технологий с использованием большого количества минеральных удобрений, химических средств защиты растений и ростактивизирующих препаратов, что привело к ухудшению биологических свойств почвы и деградации почвенного покрова. Многолетнее применение химических удобрений и средств защиты растений привело к резкому снижению количества почвенных организмов, обеспечивающих воспроизводство плодородия почв. [1,2,3]
Важнейшая проблема современного сельского хозяйства — расширенное воспроизводство почвенного плодородия, а также создание бездефицитного баланса питательных веществ в системе почва - растение. [1,4,5,6]
Одним из важнейших показателей потенциала плодородия почвы — содержание в ней гумуса. Установлено многостороннее положительное влияние его на агрофизические, водно-физические, тепловые, технологические свойства, биологическую активность почв. В гумусе аккумулированы 98 % запасов почвенного азота, 60 % фосфора, 80 % серы, большое количество других макро- и микроэлементов. Находясь в органически связанной форме эти элементы более надежно сохраняются от вымывания и служат источником питательных веществ для растений. Разложение гумуса микроорганизмами позволяет высвобождать помимо азота и другие питательные вещества, а также СОг, которые необходимы для фотосинтеза растений. Например, для формирования урожая озимой пшеницы 50 ц/га в период ее интенсивного роста суточная потребность составляет более 200 кг/га С02. Около 70 % этого количества обеспечивается за счет СОг, поступающего в приземный слой воздуха при минерализации гумуса, внесенных органических удобрений и растительных остатков [7-10].
За последние четыре десятилетия темпы биологических потерь гумуса, вызванных минерализацией органического вещества при возделывании сельскохозяйственных культур в почвах нечерноземного земледелия составляют 0,5 - 0,7, а в черноземах - 0,6 - 1,0 т/га в год. Убыль гумуса в почве, как правило, сопровождается недобором урожая. Уменьшение содержания гумуса на 1 % ниже оптимального приводит к снижению урожайности зерновых культур в среднем 5-6 и/та, а в ряде случаев на 10 Ц/га. [8]
Внесение в почву органических удобрений различного состава и этилогии (компост, вермикомпост, торф, навоз, птичий помет, сидераты, сапропель и др.) изменяют не только вещественный, но и энергетический потенциал почвы. [8]
Максимально возможные урожаи сельскохозяйственных культур можно получить только при совместном применении органических и минеральных удобрений. При этом эффективность последних повышается на 15 - 20 %. Только органические удобрения могут улучшить плодородие почв, что важно в районах с низким содержанием перегноя [11].
Исследованиями установлено, что около 40 % питательных веществ, вносимых в почву со всеми видами удобрений, составляют питательные вещества органических удобрений. Кроме того, доказано, что органические удобрения способствуют закреплению в почве, в недоступных растениям формах, таких вредных для живого организма веществ, как радиоактивный стронций, тяжелые металлы, а также активизирует очищение почвы от ядохимикатов.
В настоящее время значение органических удобрений в мировом земледелии повысилось в связи с ростом цен на минеральные удобрения, удорожанием электроэнергии и нефти. Поэтому для решения проблемы повышения энергетического потенциала почвы в первую очередь необходимо увеличение объема производства и повышение эффективности органических удобрений [8,11,12,13].
Следует отметить, что обеспеченность пашни органическими удобрениями в России в 4 - 8 раз ниже, чем в станах Европы, Низкая эффективность использования органических удобрений обусловлена их плохим качеством, отсутствием эффективных технологий подготовки и применения, слабой обеспеченностью навозохранилищами и специализированной техникой [14-22].
Дня успешного решения проблемы обеспечения бездефицитного баланса гумуса в почвах необходимо улучшить использование органических удобрений, которое пока остается низким.
Одна из причин низкой эффективности органических удобрений — высокая их влажность, за счет необоснованного расхода воды на животноводческих предприятиях, эффективность органических удобрений по данной причине снижается на 15 %. [8,9]
Другая причина - высокая засоренность семенами сорняков из-за несоблюдения технологии производства. Свежий навоз, не прошедший биотермическое обеззараживание, содержит от 2 до 12 млн. жизнеспособных семян сорных растений в каждой тонне. Это приводит к засорению посевов и вызывает значительный недобор урожая, который для зерновых составляет до 12 - 15 ц/га. По этой причине эффективность органических удобрений снижается по сравнению с нормативной до 12 %. [8]
Существенное отрицательное влияние на использование органических удобрений оказывает ранневесеннее внесение навоза и компостных смесей, заготовленных в зимний период и не прошедших биологическое созревание. Используемая для внесения органических удобрений тяжелая техника существенно уплотняет почву. Кроме того, создается напряженность в графике полевых работ, что приводит к запаздыванию со сроками сева сельскохозяйственных культур. Снижение эффективности применения удобрений по этим причинам достигает 8 - 10 %. [8,9]
Отсутствие в большинстве хозяйств навозохранилищ, площадок и цехов компостирования ухудшает качество удобрений и их эффективность примерно на 30 %. [8,9]
Недостаток или отсутствие специальной техники для подготовки и внесения компостных смесей снижает их отдачу не менее чем на 20 %. [8,9]
Для увеличения эффективности использования органического сырья (навоза, помета, торфа, соломы, сапропеля, отходов переработки зерновых, крупяных и масленичных культур, древесной коры и опилок, бытовых и промышленных отходов) в земледелии, их следует компостировать [23-25].
Компостирование — это биотермический процесс минерализации и гумификации веществ, происходящий в анаэробных условиях под воздействием в основном термофильных организмов. Во время компостирования температура в буртах поднимается до 80 С, при этом погибают семена сорных растений, патогенные бактерии, яйца гельминтов и нематод и другие. Одновременно создаются благоприятные условия для развития почвенной микрофлоры. Компостируемые материалы превращаются в доступный, легко усвояемый корм для сообщества почвенных организмов, среди которых главными и наиболее многочисленными являются дождевые черви. В процессе вермикультивирования созревший компост служит отличным кормом для дождевых червей. Необходимым условием подготовки кормового субстрата является выдерживание компоста до тех пор, пока содержание аммиака не снизится до 0,5 мг/л [18,26-29]. Заглатывая, в процессе питания кормовой субстрат, дождевые черви переваривают их и обогащают собственной микрофлорой, ферментами и биологически активными веществами. Выделяемые червями копролиты отличаются высоким содержанием гумуса и макро-, микроэлементов [18,26]. Правильно приготовленные компосты по действию на урожай не уступают, а иногда превосходят подстилочный навоз в равноценных нормах. По данным ВИУА прибавка урожая картофеля при внесении компоста 30 - 40 т/га составила 49 ц/га, зерновых - 7,5 ц/га [28-3 Г].
Соотношение С : N в бесподстилочном навозе узкое от 5 : 1 до 10 : 1. Совместное использование бесподстилочного навоза, птичьего помета и целлюлозосодержащих компонентов — лучшая форма органического удобрения.
На активность развития микробиологического процесса в компосте большое влияние оказывает влажность смешанной массы, которая зависит от степени однородности перемешивания и размеров частиц компонентов.
Большую роль играет размер частиц исходных компонентов для обеспечения газового обмена в бурте, объем пор должен составлять 30 — 50 % [36].
Существующие конструкции навозоразбрасывателей и других видов технологического оборудования не позволяют обеспечить необходимое измельчение органических удобрений, а так же обеспечить их равномерное распределение на площадках в процессе компостирования.
Поэтому целью данной диссертационной работы является совершенствование технологии компостирования с разработкой устройства для механизации операций измельчения твердых органических удобрений (ТОУ) и распределения их по поверхности гряды.
Значение производства компостов в сельскохозяйственном производстве
Отечественный и зарубежный опыт показывает, что для воспроизводства и систематического повышения плодородия почв, а также роста продуктивности сельскохозяйственных культур следует применять органические удобрения: различные виды навоза, птичий помет, излишки соломы, торф, лигнин, сапропель, зеленые удобрения и другие [8,9].
С внесением органических удобрений улучшается микробиологическая деятельность в почве, так как при этом в нее поступают микроорганизмы и органические вещества. Органические удобрения улучшают физические свойства почвы, поглотительную способность, буферность и другие показатели, характеризующие ее плодородие [8,9,11,17].
В процессе производства продукции животноводства и птицеводства наблюдается концентрация животных и птицы, при этом структура и качество органических удобрений изменились. Значительно сократилась доля наиболее ценного подстилочного навоза и помета, которая теперь составляет только 25 % общей массы удобрений, так как большая часть соломы используется на корм, а применение механизированных средств для уборки навоза и помета резко сократило использование соломы на подстилку. В свою очередь на фермах и птицефабриках отсутствуют высокоэффективные механизированные технологии производства органических компостов с использованием соломы и торфа. На долю компостов приходится около 30 % от общего объема производимых органических удобрений [33-42]. Одновременно увеличился выход бесподстилочного полужидкого, жидкого навоза и навозных стоков. По содержанию сухого вещества и коэффициентам воспроизводства гумуса различные удобрения неравноценны. Бесподстилочный полужидкий и жидкий навоз, навозные стоки содержат сухого вещества соответственного 7 - 10, 3 - 7 и менее 3 % и по влиянию на воспроизводство гумуса почвы эквивалентны примерно 0,5, 0,25 и 0,1 ед. подстилочного навоза. Торфонавозные компосты накапливают гумуса в почве на 15 - 20 % больше обычного навоза [8,9]
Современное промышленное птицеводство характеризуется большой концентрацией поголовья птицы. На птицефабриках среднего размера, специализированных на содержании 400 тысяч кур-несушек или 6,0 млн. цыплят-бройлеров ежегодно образуется до 40,0 тыс. тонн птичьего помета, свы-ше 500 тыс. м сточных вод [36]. Не менее важным условием является то, что полное использование помета обеспечивает условия для его ликвидации, как потенциального источника загрязнения окружающей среды. Однако, сложившееся по разным причинам, состояние дел на многих птицефабриках приводит к тому, что птичий помет, да и другие отходы, накапливаясь, теряют свои ценные качества и представляют постоянную угрозу для благополучия экологии, находящимся вблизи них лесам, водоемам и пахотным землям [36,39,40].
Помет выделяется из организма птицы в виде дисперсной серой массы влажностью 70 - 75 %. В нем содержится 0,8 - 1,2 % азота, потери которого в зависимости от сроков хранения могут достичь 40 %. Основной химичесісий состав птичьего помета: сухие вещества — 34,5 - 48,3 %, зола - 14 — 40 %, фосфора - 2 — 3 %, сырой жир - 2,9 - 4,5 %, сырая клетчатка - 14,25 %, безазотистые экстрактивные вещества — 46 - 48 %. Свойства помета, являющиеся дисперсной средой можно разделить на две категории: физико-механическую и химическую [36].
Первая — характеризует структуру и фазовое состояние, а вторая - количественное содержание в птичьем помете химических элементов: азота, фосфора., калия и воды. Помет содержит большое количество органических соединений и является благоприятной средой для развития различных видов микробов. Содержание микроорганизмов не может доходить до колоссаль ных размеров при соответствующей влажности и температуре оіфужающеи среды. Число аммонифицирующих бактерий исчисляется иногда 1 млрд. в грамме помета. Кроме того, в птичьем помете содержатся термофильные, нитрифицирующие, денитрифицирующие, возбудители различных брожений, плесневые грибы, актиномицеты, дрожжи [36,41].
Наукой и практикой установлено, что внесение свежего помета не дает должного эффекта в первый год, так как требуется длительное время для развития микроорганизмов на начальном этапе, которые разлагают свежее органическое вещество помета в доступные формы питания для растений. В период выдерживания помета в хранилищах в нем происходят сложный биохимический процесс. Под действием микроорганизмов значительное количество органического вещества в помете разрушается. Особенно большие потери органического вещества были выявлены при рыхлом хранении птичьего помета.
Для исключения потерь азота, следует создать такие условия, которые были бы неблагоприятны для развития нитрифицирующих бактерий, которые готовили бы питательные вещества денитрифищірующим бактериям. Нитрифицирующие бактерии развиваются в органическом веществе только в присутствии кислорода. При уплотнении в процессе укладки птичьего помета доступ кислорода прекращается, жизнедеятельность нитрифицирующих бактерий подавлена, накопление азотной кислоты прекратится и денитрифицирующим бактериям не будет материала для воспроизводства, таким образом потери азота будут сведены к минимуму [36,42]. В процессе ферментации птичьего помета следует предупредить потери фосфорной кислоты, которые могут составить более 40 % от всего содержания ее в помете.
Потери фосфорной кислоты происходят в основном за счет воздействия атмосферных осадков или путем восстановления фосфатов под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов до фосфорной кислоты, а также до до-фосфоритного водорода, который улетучивается в атмосферу.
Обоснование и описание конструктивно-технологической схемы устройства для измельчения ТОУ
Важнейшими условиями при выборе технологии компостирования является ее полное соответствие имеющимся компостируемым материалам, соблюдение агротехнических требований, а также ее экономическая целесообразность, которая достигается за счет использования максимальной производительности машин, участвующих в технологическом процессе и зависит от того, на сколько оптимальны основные параметры данных машин [58,59,62,64].
Из анализа технологий компостирования видно, что основным агротехническим требованием является измельчение компостируемых материалов, что в конечном результате обеспечивает их лучшее перемешивание и дальнейшую ферментацию. Одной из основных машин, используемых при послойном компостировании является навозоразбрасыватель, который требует соответствующего переоборудования, хотя данное устройство имеет определенное технологическое назначение — вносить органические удобрения на поля.
Кузовные навозоразбрасыватели — одноосные и двухосные в основном выполняются как универсальные, то есть после снятия разбрасывающего ме ханизма могут быть переоборудованы в тракторные саморазгружающие прицепы. К ним относятся ранее выпускавшиеся навозоразбрасыватели РПТУ — 2,0, 1 - ПТУ - 3,5, 1 - ПТУ - 4 и ныне выпускающиеся РОУ - 6, ПРТ - 10, ПРТ - 11 и ПРТ - 16, агрегатирующиеся с тракторами «Беларусь» и Т - 15 ОК. В разбрасывателе РПТУ - 2,0 (рис. 1.11) установлены два горизонтальных барабана 8, один над другим, удобрения подаются к барабанам 8 транспортером
Агрегат позволяет дозировано выгружать субстрат, измельчать его и формовать гряду заданного размера. Основным рабочим органом агрегата является вал с закрепленными в заданной последовательности молотками на цепях. Гибкие рабочие органы молоткового типа отличаются более высокой технологической надежностью и дает хорошие результаты по измельчению и рыхлению субстрата.
Технологический процесс протекает следующим образом (рис. 1.17). После загрузки агрегат заезжает на заранее размеченную площадку для формования гряд, включается ВОМ трактора и масса донным транспортером подается в рабочую зону молотков, которые его дополнительно измельчают и при движении агрегата укладывают слоем до 20 см по длине площадки. При необходимости агрегат укладывает в гряду повторный слой аналогично описанному выше. Предложенное устройство используется не только при компостировании, но и при вермикультивировании [17].
Для измельчения, погрузки, накопления и выгрузки органических удобрений можно использовать измельчитель-накопитель (рис. 1.18) [68].
Устройство ограниченной мобильности используется для измельчения вермикомпоста-сырца в грядах при вермикультивировании, как в помещениях, так и на открытых площадках.
Фрезерный барабан 2 представляет собой вал, на котором в кассетах закреплены г-образные ножи. Под действием центробежной силы измельченный материал направляется в бункер 4 ив процессе движения по соединительному элементу он подсушивается воздушным потоком. В бункере материал дополнительно измельчается прямыми ножами, установленными на валу измельчителя 5. Измельчение материала на двух ступенях позволяет получать конечный продукт в мелкоизмельченном виде.
Для измельчения и очистки слежавшихся и сильно засоренных органических удобрений и приготовления смеси органоминеральных удобрений, а так же субстрата для вермикультивирования, предложена технологическая линия (Патент РФ №2130243) (рис. 1.19) [69,71].
Она включает питатель-измельчитель 1, двухкаскадное сепарирующее устройство, 5 — смеситель, а так же оборудование для дозирования и транспортирования органической массы.
Рис. 1.19. Линия для приготовления субстрата (Патент РФ №2130243):
1 — питатель-измельчитель; 2 — двухкаскадное сепарирующее устройство; 3 цепочно-скребковый транспортер; 4 — бункер-дозатор; 5 — смеситель; б -бункер-дозатор целлюлозосодержащих компонентов; 7 — цепочно-скребковый транспортер для загрузки целлюлозосодержащих компонентов; 8 — дозатор жидких компонентов; 9 — выгрузной транспортер.
Питатель-дозатор 1 бункерного типа содержит горизонтальный транспортер, подающий барабан, барабан-ускоритель, камеру измельчения со штифтами. Штифты наклонены под углом к касательной, проведенной в точке крепления штифтов. Такой угол обеспечивает скользящий удар порций и отражение крупных инородных включений. Грохот первого каскада выполнен из продольных колосников, треугольного сечения с углом заострения 30 — 90 для дополнительного измельчения органического материала [72,73]. В смесителе 5 установлен быстроходный ножевой ротор с контрножами на корпусе для дополнительного измельчения, приготовленного субстрата.
Методика исследований физико-механических свойств твердых органических удобрений
Исследование рабочего процесса измельчителя твердых органических удобрений невозможно без изучения их физико-механических свойств. Для исследований были выбраны наиболее распространенные и отвечающие технологическим требованиям при компостировании следующие твердые органические удобрения: навоз КРС, свиной навоз и птичий помет, прошедшие выдержку в навозо-помето-хранилищах в зимний период в течение 4-5 месяцев.
В процессе проведения лабораторных испытаний определялись: влажность, насыпная плотность, угол трения и угол естественного откоса, коэффициент трения двюкения по стали. Определение физико-механических свойств указанных ТОУ проводилось в соответствии с общепринятыми методиками [101-106].
Влажность определялась методом высушивания навески ТОУ в сушильном шкафу ШС — 150 в течение четырех часов при температуре 105С. Для охлаждения бюксов использовался эксикатор. Взвешивание бюксов осуществлялось на аналитических электронных весах OHAUS Scout SC2020 - ЗА1 с точностью взвешивания до 0,001 г (рис. 3.1).
Влажность рассчитывали по формуле : W = [(ml-m2)-\00]/(ml-m), (3.1) где ті и УП2 — соответственно масса бюкса с навеской до и после высушивания и охлаждения, г; т — масса бюкса, г. Насыпную плотность удобрений определяли с помощью мерного ящика с размерами сторон 0,5 х 0,5 х 0,4 м. Ящик предварительно взвешива ли, затем загружали удобрениями выше стенок, затем излишки срезали по уровню кромок ящика и взвешивали. Насыпную плотность р, кг/м определяли по формуле: P = Qi-Qi)ll-h-b, (3.2) где Qi и Q2 — соответственно масса пустого и заполненного ящика, кг; l-h-b - длина, высота, ширина ящика по внутренним поверхностям, м.
Угол трения и угол естественного откоса удобрений определялись по методике изложенной в работе [107] с помощью прибора, изображенного на рис. 3.2. Он состоит из неподвижной горизонтальной плоскости, на которой с помощью шарнира закреплен ящик. С помощью подъемного винта ящик имеет возможность подниматься и опускаться относительно поворотного шарнира, под некоторым углом к горизонту. Величина угла при этом фиксируется с помощью угломера. Боковая стенка ящика выполнена прозрачной и на ней нанесена размерная сетка.
Исследования проводились в следующей последовательности. Ящик устанавливался горизонтально, в нижнюю часть ящика вставлялось съемное днище из исследуемого материала, на которое сверху загружались ТОУ. Затем с помощью подъемного винта производился медленный наклон ящика. При достижении определенного угла наклона ящика удобрение приходило в движение. При осыпании 90 - 100 % исследуемых материалов значения данных углов фиксировались как углы трения (ртр. Опыты проводились в трехкратной последовательности.
Коэффициенты трения движения и внутреннего трения твердых органических удобрений определялись при помощи установки, изображено на рис. 3.3 и 3.4. Она состоит из желоба 1 и рамки 3, которая опорными катками опирается на направляющие 2, расположенные на торцах боковых стенок желоба 1. Рамка соединена с грузовой чашей 6 тросом 10, перекинутым через блок 5. На дне желоба установлена пластина из исследуемого материала. В коробе, над пластиной устанавливается рамка с зазором 1,0 —2,0 мм. Затем закладывали ТОУ в рамку и прижимали их к исследуемой пластине с помощью груза 9. Массу груза подбирали в соответствии с рекомендациями таким образом, чтобы удельное давление на поверхность исследуемой пластины составляло 0,004 кг/см2 [65]. Затем грузовую чашу постепенно заполняли песком до тех пор, пока рамка с ТОУ не начинала перемещаться по пластине [107-109].
Значение коэффициента трения движения fd рассчитывали по формуле [101-103]: /д = т/а, (3.3) где т - касательное напряжение в плоскости сдвига, Па; а - нормальное напряжение в плоскости сдвига, Па. Касательное напряжение т в плоскости сдвига определялось из выражения: T = (Tx2)IFp, (3.4) где Tj — вес грузовой чаши с песком в момент сдвига загруженной рамки, Н; Т2 - вес грузовой чаши с песком при сдвиге пустой рамки, Н; Fp - площадь основания рамки, см2. Нормальное напряжение в плоскости сдвига определялось по формуле: a = (Gl+G2+G3)/Fp, (3.5) где GX,G2,G3 - соответственно вес исследуемого материала в рамке, грузовой пластины и груза, Н.
Для определения коэффициентов внутреннего трения ТОУ желоб заполняли исследуемым материалом. Затем в грузовую чашу засыпали песка на 5 — 10 % больше, чем при определении коэффициентов трения движения, для того, чтобы рамка сразу приходила в движение по исследуемому материалу.
Устройство и принцип действия экспериментальной установки
Для исследования процессов подачи и измельчения ТОУ была изготовлена экспериментальная установка (рис. 4.1). боковина дробильной камеры; 9 — элемент передней стенки; 10 — шарнирные соединения; 11 — штифты; 12 — крепления; 13 — рамка; 14 — электродвигатель; 15 —редуктор; 16,17,18,19,20,21 — звездочка; 22,23,24 — цепная передача.
Она состоит из рамы 1, ходовой части 2, бункера 3, внутри которого размещены цепочно-планчатый транспортер 4, подающий барабан 5, барабан-ускоритель 6.
Барабаны 5 и 6 снабжены лопастями 7, расположенными по винтовой линии. К корпусу бункера приварены боковины 8 камеры измельчения. Передняя стенка камеры измельчения выполнена из отдельных элементов 9, соединенных между собой с помощью шарнирных соединений 10. Элементы 9 дробильной камеры дополнительно фиксируются с помощью болтов 12 к боковинам 8. На элементы 9 камеры измельчения установлены штифты 11 для измельчения ТОУ.
Для изучения влияния частоты вращения барабана-ускорителя на процесс измельчения ТОУ на раме 1 установлена дополнительная опорная рамка 13 для крепления электродвигателя 14 мощностью 3 кВт. Вращение барабана-ускорителя 6 осуществлялось от электродвигателя 14 через цепную передачу 22 и звездочки 19 и 20. Привод остальных рабочих органов -подающего цепочно-планчатого транспортера 4 и подающего барабана 5 осуществлялся от ВОМ трактора МТЗ - 80 через карданную передачу, редуктор 15 и две цепные передачи 23 и 24 (рис. 4.1, 4.2,4.3).
Технологический процесс измельчения ТОУ осуществлялся следующим образом. Исследуемый материал загружался в бункер и равномерно распределялся по всему объему. Затем включался электродвигатель 14 для вращения барабана-ускорителя 6 и вал отбора мощности трактора. Подаваемая масса цепочно-планчатым транспортером 4 отбиралась от бурта, при этом, предварительно измельчаясь барабаном 5, направлялась к барабану-ускорителю 6, лопатки 7 которого затем направляли ее на штифты 11 в камеру измельчения.
Основными задачами исследований явились изучение процесса измельчения ТОУ экспериментальной установки, обоснование ее оптимальных конструктивно-режимных параметров и проверка теоретических исследований. При исследовании за основной показатель, характеризующий работу измельчителя, принимался средний размер частиц ТОУ. Поэтому в процессе проведения экспериментальных исследований необходимо было определить закономерность изменения размера частиц ТОУ в зависимости от пб - частоты вращения барабана-ускорителя, 1шт длины рабочей части штифтов и а - угла заострения рабочей части штифтов. В основу программы проведения экспериментальных исследований был положен метод математической теории планирования многофакторных экспериментов, который позволяет выявить и оценить влияние факторов на принятый критерий оптимизации [110-113].
При проведении экспериментальных исследований был использован навоз крупного рогатого скота, обладающий большей связанностью, за счет включения соломенной подстилки, ухудшающей процесс измельчения. Влажность навоза находилась в пределах 50 — 60 %, что соответствовало наибольшим коэффициентам трения (рис.3.7). Исходная влажность определялась по стандартной методике [101], высушиванием навески в сушильном шкафу ШС - 150.
Влажность навоза определялась по формуле [101]: где ті и т2 — соответственно масса бюкса с навеской до и после высушивания и охлаждения, г; т — масса бюкса, г. Взвешивание бюксов и навесок осуществлялось на аналитических электронных весах OHAUS Scout SC2020 - ЗА1 с точностью взвешивания до 0,001 г (рис 3.1.).
Целью лабораторных исследований явилось определение среднего размера измельченных частиц 1ср навоза для обеспечения лучших условий при перемешивании их в процессе компостирования.
На основе теоретических исследований длина рабочей части штифтов изменялась в пределах 150 - 250 мм, а угол заострения рабочей части штифтов находился в пределах 30 - 90. Штифты расположены на передней стенки камеры измельчения на пяти планках с числом заходов к = 2 по винтовой линии развертки. Расстояние между штифтами составило 8 = 0,03 м. Частота вращения барабана-ускорителя, обеспечивающего подачу ТОУ в камеру измельчения изменялась в пределах 700 - 900 мин"1. Варьирование скорости вращения барабана-ускорителя осуществлялась с помощью сменных звездочек с различным числом зубьев.
Средний размер измельченных частиц навоза определялся с помощью ситового анализа. Порцию удобрений массой 1,5 — 2,0 кг помещали в систему расположенных друг над другом сит, размер отверстий которых уменьшался от верхних к нижнему. Сита брались с отверстиями диаметром 50, 20, 14, 10 и 5 мм. Сита подвергались встряхиванию в течение заданного времени. Остаток удобрения на ситах взвешивался, и определялось по массе количество удобрений, задержавшееся на каждом из сит.
