ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ СКРЕПЕРНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ НАВОЗА Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Научная статья УДК 631.861

doi: 10.47737/2307-2873_2024_46_12

ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ СКРЕПЕРНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ НАВОЗА

©2024. Пётр Алексеевич Савиных1, Владимир Аркадьевич Казаков2, Виталий Анатольевич Филипчик3

1,2,3ФГБНУ Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого",

Киров, Россия

1peter.savmyh@,maiLrи

Аннотация. Для молочной фермы на 200 голов с привязным содержанием животных разработана скреперная установка для удаления навоза, с рабочими органами, смонтированными на транспортёре при помощи шарниров консольными скреперами с двумя степенями свободы горизонтального и вертикального действия; новизна схемы установки подтверждена патентом Яи №2494612 на изобретение. Целью исследований является теоретическое определение энергоемкости рабочего процесса новой скреперной установки в зависимости от конструктивных параметров скрепера и физических свойств удаляемого навоза. Для этого рабочий процесс - реверсивное движение скрепера в канале - разделили на циклы, в зависимости от количества п скребков установки каждый цикл разбили на 5 этапов; затем для какдого из этапов движения разработали расчётные схемы, согласно которым определяли их энергоёмкость с последующим суммированием. Для определения энергоемкости этапов использованы математические зависимости, показывающие влияние параметров рабочего органа и всей установки - ширины Ь и высоты h скребка консольного скрепера, скорости его движения и, расстоянии L между скреперами, высоты слоя навоза ^, количества перемещаемой массы т, коэффициента трения навозаf и др., - на энергетические показатели каждого из 5-и циклов - ^цикл 1 ... -Дцикл 5., а таюке на затраты энергии £ А ПрИВ. всего процесса уборки навоза. Теоретически установлено, что затраты энергии £-ДПрИВ. = 800 ... 1400 КДж на рабочий процесс установки при Ь = 0,4 ... 0,6 ми h0 = 0,04 ... 0,06 м минимальны при количестве рабочих органов п=6...10 шт.; при h0 = 0,08 ... 0,1 м величина £-ДПрИВ. = 1000 ... 2400 КДж минимальна такке при п = 6...10 шт. Результаты исследований найдут применение при проектировании энергоэффективных систем удаления навоза.

Ключевые слова: тело волочения, ферма, транспортёр, энергозатраты, технологическая

схема

Введение. о данным различных исследований, в настоя ее время в регионе Евро-Северо-Востока Российской Федерации эксплуатируются тысячи единиц

механических средств навозоудаления, из которых 80 % являются устаревшими и неэффективными. оэтому разработка и создание современных,

высокотехнологичных, энергоэффективных и функциональных систем удаления навоза является вакной актуальной задачей для повышения эффективности ведения ивотноводческой отрасли. ля ферм с привязным содержанием КРС в исследуемом регионе необходимо решить как минимум четыре проблемы навозоудаления путём

создания эффективных технологий и технических средств, способных убирать навоз с наименьшими энергозатратами, наибольшей производительностью [1,2, 3]:

-снюкение загрязнения окружающей среды;

-сникение хронического отравления КРС и людей;

-сникение затрат на уборку одной тонны навоза;

-сохранение удобрительных свойств навоза.

Для обеспечения эффективности разработки нового технического средства важным фактором является методика научного исследования проблемы и ее

критериальная оценка. Для этого необходимо иметь представление о методах научных исследований, теоретических расчетах, и результатах исследований, предшествующих данной научной работе. Вопрос удаления навоза всегда стоял остро, и занимался им достаточно ирокий круг специалистов и ученых как Дальнего зарубежья [4, 5, 6], Республики Беларарусь [7, 8], так и РФ [9, 10, 11], при этом большинством из них используется традиционная методика исследований, разработанная для расчёта цепочно-скребковых транспортеров,

танговых скребковых транспортеров и скреперных установок.

Для теоретических исследований энергоанализа систем навозоудаления в основу существующей методики входят:

- определение физико-механических

свойств навоза;

- определение величины подачи;

- расчет тягового усилия;

- подбор двигателя и передаточного

числа редуктора.

Данной методики теоретических исследований придерживаются ученые:Н.Г. Соминич, С. В. Мельников, В.Э. Вейнла ,Н.Г. Ковалев, П.И. Гриднев, и др. [9, 12].

Анализ существующих систем и устройств навозоудаления, их технических и технологических характеристик, а также опыт эксплуатации показывает, что практически какдое из них имеет свои недостатки. Сделан вывод, что исследования, в том числе теоретические, параметров технологий и устройств на ранних этапах разработки позволят повысить их эффективность, снизить количество недостатков и получить на выходе объект с заранее планируемыми свойствами.

Целью исследований является разработка схемы навозоуборочного транспортёра (скреперной установки) для помещения молочной фермы на 200 голов КРС и его рабочего органа - консольного скрепера (скребка), а также теоретическое определение энергоемкости рабочего процесса новой скреперной установки в зависимости от конструктивных параметров скрепера и физических свойств удаляемого навоза.

В данной статье представлена схема и принцип работы вновь разработанной авторами перспективной скреперной установки для перемещения навоза, монтируемой на фермах КРС на 200 голов с

привязным содержанием животных (новизна технических решений подтверждена патентом RU №2494612 на изобретение), а также теоретический расчёт её энергопотребления. Данный расчёт отличается от приведённых в предыдущих исследованиях разделением технологического процесса навозоудаления на более простые составля ие (циклы, этапы); определяется энергоёмкость каждого из них с последующим суммированием -таким образом получаем полные затраты энергии на технологический процесс навозоудаления.

редставленная методика расчёта энергопотребления является перспективной и может применяться и для других конструктивно-технологических схем,

например, навозоудаления, разбивкой рабочего процесса на элементарные составляющие с последующими

исследованиями какдой из них и обобщением полученных результатов.

Методика. Исследования проведены в период 2012...2023 гг. в г. Кирове на научно-производственной базе ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока, результаты исследований применены при разработке новых технологических линий и технических средств для удаления навоза с ферм привязного содержания КРС [13].

На животноводческих фермах Волго-Вятского региона и Российской едерации в целом при привязном способе содержания КРС используются различные марки и виды технических средств навозоудаления: скребковые транспортеры кругового двюкения отечественных марок ТСН-3.0Б и ТСН-160А, ТСН-160 Б и зарубежных «MIRO» (Франция), шнековые ТШГ, ТШН, КШТ, КОШ, ШТН, штанговые

отечественных марок ТС-1, ТШ-ЗОА, ТШ-300, и зарубежные HRB «De Laval» (Швеция), и «MIRO» (Франция) [14].

Рабочим органом скребковых транспортеров кругового действия семейства ТСН и «MIRO» является цепь со скребком: конструкции скребков, поворотных звездочек, цепи и крепления скребков у марок ТС разные (рис. 1).

Скрепер штанговый HRB (рис. 2, а) состоит из танги в виде профильной трубы с закрепленными на ней скребками. Скребки имеют одну степень свободы и совершают двюкение вокруг оси крепления.

а б в

Рис 1. Рабочие органы транспортеров ТСН-2-0,Б (а), ТСН-3-0,Б(б), ТСН-160Б (в) Fig. 1. Working bodies of conveyors TSN-2-0, В (a), TSN-3-0,B(6), TSN-160B(b)

а б в

Рис 2. Рабочие органы установок HRB (а), «MIRO» (б), ТШ-300 (в)(схема) Fig. 2. Working bodies of installations HRB (a), "MIRO" (б), TSh-300 (в) (diagram)

Штанговый транспортер «МЖО» (рис. 2, б) состоит из и-образного профиля с закрепленными на нем скребками с шагом 0,4 ... 0,5м. Скребки имеют одну степень свободы и совершают движение вокруг оси крепления. Штанговый транспортер ТШ - 300 (рис. 2, в) состоит из штанги 1 в виде полосы толщиной 8 мм с наваренными на нее пальцами, на которые надеваются скребки 2. Скребки прямоугольной формы совершают двюкение вокруг оси пальца.

Рабочим органом шнековых транспортеров марок ТШН, ТШГ, КШН, КШТ является винтовой конвейер.

нализ уровня техники по системам навозоудаления и их рабочим органам [9, 10, 11, 15], применяемым при привязном содержании КРС, показал, что наиболее перспективным признано применение

штанговых транспортеров уборки навоза; при этом имеют место недостатки конструкции их рабочих органов (скребков): малая площадь контакта поверхности рабочего органа с материалом, недостаточная степень свободы скребков, и др.

В ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока проведён теоретический расчёт

энергопотребления рабочего

(технологического) процесса новой установки по следующей (новой) методике:

- определение сущности рабочего процесса - реверсивное движение рабочих органов, смещающих навоз в сторону удаления из животноводческого помещения;

- разделение технологического процесса на циклы и определение их количества, исходя из необходимости полного удаления навоза из помещения фермы;

- разбивка цикла на этапы;

- разработка расчётных схем для какдого этапа;

- расчёт энергоёмкостей какдого этапа движения рабочего органа;

- определение энергоёмкости одного цикла (суммирование энергоёмкостей этапов);

- определение полных затрат энергии на технологический процесс навозоудаления (энергоёмкость одного цикла умножали на количество циклов).

Теоретические исследования основаны на положениях классической механики, математики, физики; обработка полученных

результатов проводилась с использованием системного анализа и статистики, пакета прикладных программ «Мюгобой Ехсе1» «MathCAD», «Statgraphics Plus», «Компас-SD» на персональном компьютере.

Результаты. Конструктивно-

технологическая схема эффективной скреперной установки (транспортёра) удаления навоза для фермы КРС на 200 гол., разработанная в ФГБНУ ФАНЦ Северо-Востока (согласно патенту RU №2494612 на изобретение), представлена на рисунке 3.

Рис 3. Схема скреперной установки для удаления навоза: 2- скребок (консольный скрепер), 4-приводная цепь, 8 - ролики, 9, 10, 11- приводная станция, 12- поперечный канал с транспортером ТО1Г, 13- продольный канал Fig. 3. Scheme of a scraper installation for manure removal: 2 - scraper (cantilever scraper), 4 - drive chain, 8 - rollers, 9, 10, 11 - drive station, 12 - transverse channel with TShG conveyor, 13 -

longitudinal channel

сновным рабочим органом установки является консольный скрепер (рис. 3), состоящий из основания (ползун 1), прямоугольного скребка 2 с ребром жёсткости и уполотняющей резиновой накладки по периметру. Скребок 2 и ползун 1 соединены

меду собой посредством арнира с двумя степенями свободы. Ползун 1 скребка 2 закреплен на цепи 4, которая перемещает его по направляющей каналов 13. Цепь 4 приводится в двюкение приводом 9, 10, 11.

¥ i ■i 1

m О

Рис 4. Схема консольного скрепера навозоуборочного транспортера: 1 - ползун; 2 - скребок; 3 - штанга; 4 - цепь; 5, 6, 7 - болтовые соединения

Fig. 4. Diagram of a cantilever manure scraper conveyor: 1 - slider; 2 - scraper; 3 - rod; 4 - chain; 5, 6, 7 - bolted connections

Транспортёр для уборки навоза работает следующим образом. Цепь транспортёра 4 с закрепленными на консольными скреперами 2, с помощью приводной станции 9, 10, 11 двюкется возвратно-поступательно в каналах 13, в которых собирается навозная масса. ри движении скрепера 2 вправо (рис. 4, нюкняя ветка транспортёра) его скребок под действием сил от перемещения навоза поворачивается вокруг оси арнира, раскрывается, захватывает определённое количество навоза и смещает его в направлении канала 12. ри этом же движении транспортёра 4 его скреперы на верхней ветке совершают холостой ход влево - их скребки закрываются вокруг оси шарнира - таким образом навозная масса не перемещается в противоположную от лотка 12 сторону. При реверсировании двюкения

цепи транспортёра у находя ихся в верхнем лотке скребков происходит рабочий ход, в нижнем - холостой ход. Таким образом навоз смещается в нужном направлении и попадает в поперечный канал 12, откуда транспортёром ТО1Г выгружается за пределы животноводческого помещения (рис. 3).

Проведены теоретические

исследования рабочего процесса скреперной установки, - определены затраты энергии на процесс удаления навоза (на привод транспортера), руководствуясь [16], суммированием работ на перемещение порций навоза скребками по лотку. Для этого реверсивное двюкение консольного скрепера в канале разделили на 5 этапов, затем получили математические выракения, дающие возможность определения величины энергозатрат на осуществление какдого из них.

1-й этап - начало двикения скрепера, формирование тела волочения до начала его перемещения (рис. 5).

Перед началом работы лоток шириной Ь заполнен навозом общей массой Мн (с плотностью р и коэффициентом трения f о материал лотка) на высоту h0, скребки транспортёра количеством п и массой тск какдого из них на расстоянии L друг от друга

неподвикны. С началом движения и до своего перемещения со скоростью V на расстояние а скребок образует из навозной массы тело волочения - прямоугольную призму. Работу внешних сил на данном этапе движения находили, используя теорему об изменении кинетической энергии всей системы навозоудаления:

->

I

I /7/7/ ///////////////////////////////////j L /V/V/V/V/V/V

а)

-777ZV7777777777777V77777777777777777777

17

'////////////] а

6)

Рис 5. Перемещение скребка с порцией навоза на 1-м этапе двюкения: а - состояние покоя, б - сформированное тело волочения Fig. 5. Moving the scraper with a portion of manure at the 1st stage of movement: a - state of rest, b - formed drawing body

Перед началом работы лоток шириной Ь заполнен навозом обей массой н (с плотностью р и коэффициентом трения f о материал лотка) на высоту h0, скребки транспортёра количеством п и массой тск какдого из них на расстоянии L друг от друга неподвюкны. С началом движения и до своего

перемещения со скоростью V на расстояние а скребок образует из навозной массы тело волочения - прямоугольну призму. Работу внешних сил на данном этапе движения находили, используя теорему об изменении кинетической энергии всей системы навозоудаления:

Т -Т0=Ае -А1, (1)

(т+ШскУи2 „

где 1 =-2--кинетическая энергия механической системы в конце двикения, а I о= 0 - её

начальное значение; Ае, А1 - работа внешних и внутренних сил соответственно:

= ^тд + ^тр + ^прив:; ^ = ^деф = т9'1о'а'> где Атд = — тдНс - работа сил тяжести, Нс -расстояние от центра тяжести порции навоза от дна лотка; АТр = АТр1 + АТр2 - работа сил трения о поверхность при перемещении скребка на расстояние а:

А

тр1

-т + т.

^д•.f• а, Атр2 = fB^f^^

где • — внутренний коэффициент трения.

осле необходимых математических определяется работа 1-го этапа на преобразований и подстановок получаем перемещение формируемой порции навоза: выракение, с помощью которого

А

(m+ mCK)i

прив

(1т + тск^;

■ + тдНс + ( -т + тск ) g• /• а +

+ 1а2^ hp •g •/внГ а+2тд •f0• а.

(2)

2-й этап движения консольного представлен на рисунке 6 и является скрепера с порцией навоза условно установившимся.

а . <=-

i

---I________л, — J

///Ш/////////////////^

777Л д

ч

<Ро

_......., -...................

N

Рис 6. Перемещение тела волочения (порции навоза) на втором этапе двюкения скреперной

установки

Fig. 6. Movement of the drawing body (portion of manure) at the second stage of movement of the

scraper installation

Этап характеризуется постоянным и равномерным двюкением механических устройств и перемещаемой массы навоза, затраты энергии на деформаци сформированной порции навоза отсутствуют. Отсюда следует, что затраты энергии 2-го

этапа двюкения на привод системы навозоудаления равны работе сил внешнего трения, так как кинетическая энергия постоянна, а деформации сформированного на первом этапе двикения тела волочения нет:

^прив2

= (т + тск)д• f ^ + А) Н•р• д• ¡вн!•{к + А), (3)

где А - минимальное расстояние между порцией навоза и впереди идущим скребком, 12 - длина контакта порции навоза с дном лотка.

3-й этап движения - рабочий орган перемещения навоза сторону в закрытом (скребок) навозоуборочного транспортёра состоянии. Величина работы на совершает вхолостую, двигаясь на величину осуществление данного этапа двикения (Ь + А) (рис. 7) в противоположную от находится по следующему выракению:

(4)

равную А, его раскрытием под действием сил со стороны следующей перед ним порции навоза. Работа на осуществление 4-го этапа двикения находится по выражению:

^привз =т.кд • f •(L + b)+-

*прив3

Второе слагаемое правой части выракения (4) представляет собой энергию, потраченну на разгон скребка с 0 до величины V.

4-й этап движения представляет собой перемещение скребка вперёд на величину,

А

прив4

(т + тск) •

■ + тдНс4 +

+ 6а2- h • р • д • ¡вн f • А+1тд • fo'А

А2

где НС4 = (h- А• tgvo)-^ .

(тск + 2™)

д • f• А +

(5)

На пятом этапе двикения скребок сформированную порцию навоза на длину

консольного скрепера перемещает Ь:

^прив5 = (т + тск)д • Ьр • д^вн^^1, (6)

Следующий этап исследований - определяетя как совокупность его движений

определение работы всей системы от начала до возвращения в исходную точку;

навозоудаления, состоя ей из суммы работ количество циклов зависит от количества

циклов рассматриваемого технологического скребков.

процесса. Цикл движения скребка Первый цикл:

А

(т + тск)

прив

+ \а2 ■ h • р • д-/вН • f • а + ^-тд • fo • а,

(2т + тс^<

■ + тдНс + ( -т + тск ) д• f • а +

^прив2 =(т + тск)д•f• il2 + А)+\а2•h-р• д• ¡вНf • (h + А) ,

^привЗ =^скд-f-(L + A) +-

Второй цикл: А

прив4

(т + тт) ■

■ + тдНс4 +

1 2

(тск + 2™)

д • f• А +

+ 1а2 •h • р • g-fBH • f •А +^тд • fo • А,

^прив5 =(т + тск) д• / • 1 +3а2 •Ь• Р• д• Гвп / • К

2

^прива = ^скд•р + .

С использованием выракений (1) ... расчёта представлены (12) произведён расчёт затрат энергии рисунках 7 и 8.

(7)

(8) (9)

(10) (11)

(12)

графически на

Y.A

прив.

на п

ривод транспортёра. Результаты

£А прив., Дж.

4000000 3500000 3000000 2500000 2000000 1500000 1000000 500000 0

b=0,4 b=0,6 b=0,4 b=0,6

10 12 15 20 n, шт.

Рис 7. Затраты энергии £ -Д прив. на привод рабочих органов навозоуборочного транспортёра в

зависимости от ширины канала b установки, количества рабочих органов n при h0 = 0,04 ми h0 = 0,06 м Fig. 7. Energy consumption for driving the working parts of a manure harvesting conveyor depending on

the channel width b of the installation, number of working bodies n at h0 = 0.04 m and h0 = 0.06 m

2

4

£ Априв., Дк.

5835610.522 х

5252049.469

4668488.417

4084927.365 3501366.313 2917805.261 2334244.209 1750683.156 b=0,4 b=0,6 -A- b=0,4 b=0,6

1167122.104

583561.0522 0

234 6 8 10 12 15 20 n, ш т.

Рис 8. Затраты энергии £ прив. на привод рабочих органов навозоуборочного транспортёра в зависимости ширины канала b, м, количества скребков и, шт, при h0 = 0,08 ми h0 = 0,1м Fig. 8. Energy consumption for driving working parts of a

manure conveyor depending on channel width b, m, number of scrapers n, pcs., at h0 = 0.08 m and h0 = 0.1 m

Графические зависимости показывают изменение величины затрат энергии (выполненной работы) £ А прив. от

конструктивных и технологических параметров исследуемой навозоудаляющей установки: количества скребков (скреперов) п, ширины канала Ь, длины перемещения тела волочения L, высоты слоя навоза h0 и коэффициента его трения f о материал лотка, плотности навоза, и др.

нализ графических зависимостей говорит о том, что наиболее оптимальное количество скребков п находится в пределах от 6 до 10 шт., если М = 0,04 0,1м, при этом механическая работа (затраты энергии) ^А прив. принимает минимальные значения. С увеличением высоты навоза М в канале величина работы ^Априв. повышается, увеличивается работа ^А прив. и при изменении ирины канала от 0,4 до 0, 6 м.

чевидно, что с увеличением высоты навоза в канале М и размера рабочего органа Ь (ширины канала), повышается производительность 0 (чем вше h0, тем большая величина порции смещаемого навоза) скреперной установкой

(транспортёром), но при этом больше тратится энергии £А прив. на формирование и перемещение тела волочения (порции навоза).

аиболее вероятно то, что с увеличением высоты М навоза более 0,1 м. увеличится оптимальное количество скребков п, - данный факт нуждается в подтверждении расчетами.

Таким образом, представленные в статье исследования явля тся часть прикладной науки, направленной на повышение технического уровня технологий и технических средств, используемых в животноводстве; согласно представленной методике возможно наиболее точно теоретически определить величину энергозатрат на технологический процесс, например, удаление навоза разработанной скреперной установкой с учётом особенностей конструкции и характера двюкения рабочих органов; полученные результаты теоретических исследований необходимы для расчёта приводной станции данной установки.

Выводы

1. Для молочной фермы на 200 голов с привязным содержанием животных разработана конструктивно-технологическая схема скреперной установки для удаления навоза с новыми рабочими органами -смонтированными на транспортёре Т консольными скреперами с двумя степенями свободы, позволя ими эффективно и с наименьшими энергозатратами выполнять свой технологический процесс. овизна технических и технологических решений подтверждена патентом RU №2494612 на изобретение.

2. Теоретически определена энергоемкость какдого цикла А„икл1

.Дцикл 5 и все энергозатраты £ -Д прив. рабочего процесса установки в зависимости от параметров скрепера и физических свойств удаляемого навоза: ширины Ь и высоты h скребка консольного скрепера, скорости его движения и, расстоянии L между скреперами, высоты слоя навоза ^ количества перемещаемой массы т, коэффициента трения навоза f согласно новой методике расчёта: для этого рабочий процесс -реверсивное движение скрепера в канале -разделили на необходимое количество циклов и этапов; определяли их энергоёмкость, затем полученные результаты суммировали.

3. По результатам исследований установлено, что затраты энергии £^прив.= 800 ... 1400 КДж на рабочий процесс

установки при Ь = 0,4 ... 0,6 ми h0 = 0,04 ... 0,06 м минимальны при количестве рабочих органов п=6...10 шт.; при h0 = 0,08 ... 0,1 м величина £Лприв.= 1000 ... 2400 КДж минимальна таюке при п = 6...10 шт. Результаты исследований найдут применение при проектировании энергоэффективных систем удаления навоза.

Источник финансирования:

Федеральная программа НИР по теме: FNWE-2022-0002 «Создание

высокоэффективных машинных технологий и технических средств для механизации растениеводства и животноводства, адаптированных к особенностям

климатических условий Северо-Востока Европейской части России» на 2022-2026 гг

Список источников

1. Лангазов В.В., Бурнукин А.Е., Семилетова Н.П. Современные тенденции развития оборудования для уборки навоза // Научный вестник Луганского государственного аграрного университета. 2022. № 1 (14). С. 355-363

2. Морозов Н.М. Инновационная техника и технологии в животноводстве // Экономика сельского хозяйства России. 2020. № 2. С. 2-8.

З.Чеченихина О.С., Батакова Д.В. Механизация трудоемких процессов на молочных фермах и комплексах // Аграрное образование и наука. 2023. № 3. С. 11.

4. Steiner B., Keck M. Stationäre Entmistungsanlagen in der Rinder-und Schweinehaltung // Fat Berichte. № 542. 2000. S. 1-20.

5. Boxberger. Technik für die Rindproduktion. Landwirtschaft//Bl.Weser-Ems. №47(136). 1989. 4 s.5.

6. Lanser E. Entwicklungstrends in der Rindviehhaltung // Die Highlights der Euro Tier im Ruckblick. Rinderwelt, 1999, Jg. 24, H. 1. '

7. Китиков В.О., Башко Ю.А., Жандаренко О.Б. К вопросу ресурсоемкости навозоудаления на новых молочнотоварных фермах республики Беларусь // Механизация и электрификация сельского хозяйства: Межведомственный тематический сборник. Минск, Республика Беларусь, 2011. С. 224-229.

8. Музыка А.А., Пучка М.П., Шматко Н.Н. Обоснование энергосберегающих технологических приемов раздачи кормов и навозоудаления при производстве молока // Актуальные проблемы интенсивного развития животноводства. Жодино, Республика Беларусь, 2023. № 26. С. 67-77.

9. Иванов Ю.А., Гриднев П.И., Гриднева Т.Т., Спотару Ю.Ю. Уборка навоза из животноводческих помещений штанговым транспортёром с гидравлическим приводом // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2019. № 1. С. 148-149

10. Коновалов Б.Б. Роботизация уборки навоза при беспривязном содержании крупного рогатого скота // Молодежная наука 2020: технологии, инновации: материалы Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 90-летию основания Пермского ГАТУ и 155-летию со дня рождения академика Д.Н. Прянишникова. Пермь. 2020. С. 167-171

11. Цой Ю.А., Баишева Р.А. Технико-технологические решения в автоматизированной скреперной установки с адаптивной системой управления // Импортозамещающие технологии и оборудование для глубокой комплексной переработки сельскохозяйственного сырья: материалы I Всероссийской конференции с международным участием. 2019. С. 520-524. '

12. Ковалев Н.Г., Глазков И.К. Проектирование систем утилизации навоза на комплексах. М., Агропромиздат. 1989. 160 с.

13. Савиных П.А., Филипчик В.А. Опыт технического перевооружения молочных животноводческих ферм в условиях Евро-Северо-Востока европейской части России // Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства: материалы VI Международной научно-практической конференции: "Наука-Технология-Ресурсосбережение": (выпуск 14). Киров. 2013. С. 139-142.

14. Филипчик В.А. Сравнительная оценка систем навозоудаления при привязном содержании коров // Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики: материалы IV Международной научно-практической конференции: «Наука-Технология-Ресурсосбережение» (вып. 13). Киров. 2012. С. 178-182.

15. Борисов В.И., Тарасов В.В., Тувин О.Н. Основные особенности выбора систем навозоудаления на животноводческих фермах и комплексах // Научное обозрение: международный научно-практический журнал. Саранск, 2020. №1. С. 9-15.

16. Методика энергетического анализа технологических процессов в сельскохозяйственном производстве / Н. Никифоров [и др.]. М: ВИМ, 1995. 95 с.

RESEARCH ON SCRAPER PARAMETERS FOR MANURE REMOVAL

©2024. Peter A. Savinykh1, Vladimir A. Kazakov2, Vitaly A. Filipchik3

123Federal Agricultural Scientific Center of the North-East (FASC North-East), Kirov, Russia 1 [email protected]

Abstract. For a dairy farm for 200 heads with tethered animals, a scraper installation for manure removal with working bodies has been developed - cantilever scrapers mounted on a conveyor using hinges with two degrees of freedom of horizontal and vertical action; the novelty of the installation scheme is confirmed by patent RU № 2494612 for the invention. The aim of the research is to determine theoretically the energy intensity of the working process of a new scraper plant, depending on the design parameters of the scraper and the physical properties of the manure being removed. To do this, the workflow - the reverse movement of the scraper in the channel - was divided into cycles depending on the number of n scrapers of the installation, each cycle was divided into 5 stages; then calculation schemes were developed for each of the stages of movement, according to which their energy intensity was determined with subsequent summation, the energy intensity of one cycle was multiplied by their number. To determine the energy intensity of the stages, mathematical dependences were used showing the influence of the parameters of the working body and the entire installation - the width b and height h of the cantilever scraper scraper, its speed u, the distance L between the scrapers, the height of the manure layer h0, the amount of mass being moved m, the coefficient of friction of manure f, etc. - on the energy indicators of each of the 5 cycles - Acycle 1... A_cycie 5, as well as energy costs YAPnv of the entire manure harvesting process. Theoretically, it has been established that the energy consumption of YAPnv = 800 ... 1400 kJ for the working process of the installation at b = 0.4 ... 0.6 m and h0 = 0.04 ... 0.06 m is minimal with the number of working bodies n= 6...10 pcs.; at h0 = 0.08 ... 0.1 m, the value of YAPnv= 1000 ... 2400 kJ is also minimal at n = 6 ... 10 pcs. The research results will be used in the design of manure removal systems with minimal energy consumption.

Key words: drawing body, farm, conveyor, energy consumption, flow chart

Refere^es

1. Langazov V.V., Burnukin A.E., Semiletova N.P. Sovremennye tendencii razvitiya oborudovaniya dlya uborki navoza (Current trends in the development of equipment for manure removal), Nauchnyj vestnik Luganskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2022, No. 1 (14), pp. 355-363

2. Morozov N.M. Innovacionnaya tekhnika i tekhnologii v zhivotnovodstve (Innovative equipment and technologies in livestock farming), Ekonomika sel'skogo khozyajstva Rossii, 2020, No. 2, pp. 2-8.

3.Chechenikhina O.S., Batakova D.V. Mekhanizaciya trudoemkikh processov na molochnykh fermakh i kompleksakh (Mechanization of labor-intensive processes on dairy farms and complexes), Agrarnoe obrazovanie i nauka, 2023, No. 3, pp. 11.

4. Steiner B., Keck M. Stationäre Entmistungsanlagen in der Rinder-und Schweinehaltung // Fat Berichte. № 542. 2000. S. 1-20.

5. BoxbergerK. Technik für die Rindproduktion. Landwirtschaft//Bl.Weser-Ems. №47(136). 1989. 4 s.5.

6. Lanser E. Entwicklungstrends in der Rindviehhaltung // Die Highlights der Euro Tier im Ruckblick. Rinderwelt, 1999, Jg. 24, H. 1.

7. Kitikov V.O., Bashko Yu.A., Zhandarenko O.B. K voprosu resursoemkosti navozoudaleniya na novykh molochno-tovarnykh fermakh respubliki Belarus (On the issue of resource intensity of manure removal on new dairy farms of the Republic of Belarus), Mekhanizaciya i elektrifikaciya selskogo khozyajstva: Mezhvedomstvennyj tematicheskij sbornik. Minsk, Respublika Belarus, 2011, pp. 224-229.

8. Muzyka A.A., Puchka M.P., Shmatko N.N. Obosnovanie energosberegayushhikh tekhnologicheskikh priemov razdachi kormov i navozoudaleniya pri proizvodstve moloka (Justification of energy-saving technological methods of feed distribution and manure removal during milk production), Aktualnye problemy intensivnogo razvitiya zhivotnovodstva, Zhodino, Respublika Belarus, 2023, No. 26, pp. 67-77.

9. Ivanov Yu.A., Gridnev P.I., Gridneva T.T., Spotaru Yu.Yu. Uborka navoza iz zhivotnovodcheskikh pomeshhenij shtangovym transportyorom s gidravlicheskim privodom (Removing manure from livestock buildings using a hydraulically driven rod conveyor ), Elektrotekhnologii i elektrooborudovanie v APK, 2019, No. 1, pp. 148-149.

10. Konovalov B.B. Robotizaciya uborki navoza pri besprivyaznom soderzhanii krupnogo rogatogo skota (Robotization of manure removal for free-stall cattle housing), V sbornike: Molodezhnaya nauka 2020: tekhnologii, innovacii, Materialy Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii molodykh uchenykh, aspirantov i studentov, posvyashhennoj 90-letiyu osnovaniya Permskogo GATU i 155-letiyu so dnya rozhdeniya akademika D.N. Pryanishnikova, 2020, pp. 167-171.

11. Tsoi Yu.A., Baisheva R.A. Tekhniko-tekhnologicheskie resheniya v avtomatizirovannoj skrepernoj ustanovki s adaptivnoj sistemoj upravleniya (Technical and technological solutions in an automated scraper installation with an adaptive

control system), V sbornike: Importozameshhayushhie tekhnologii i oborudovanie dlya glubokoj kompleksnoj pererabotki selskokhozyajstvennogo syr'ya, Materialy I Vserossijskoj konferencii s mezhdunarodny'm uchastiem, 2019, pp.520-524.

12. Kovalev N.G., Glazkov I.K. Proektirovanie sistem utilizacii navoza na kompleksakh (Design of manure disposal systems at complexes), Agropromizdat, Moskva, 1989,160 p.

13. Savinykh P.A., Filipchik V.A. Opyt tekhnicheskogo perevooruzheniya molochnykh zhivotnovodcheskikh ferm v usloviyakh Evro-Severo-Vostoka evropejskoj chasti Rossii (Experience in technical re-equipment of dairy farms in the conditions of the Euro-North-East of the European part of Russia ), Aktualnye voprosy sovershenstvovaniya tekhnologii proizvodstva i pererabotki produkcii selskogo khozyajstva: materialy VI Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii: "Nauka-Texnologiya-Resursosberezhenie": (vypusk 14), Kirov, 2013, pp. 139-142.

14. Filipchik V.A. SravniteFnaya ocenka sistem navozoudaleniya pri privyaznom soderzhanii korov (Comparative assessment of manure removal systems for tethered housing of cows), Uluchshenie ekspluatacionnykh pokazatelej seFskokhozyajstvennoj energetiki: materialy IV Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii: «Nauka-Texnologiya-Resursosberezhenie» (vyp. 13), Kirov, 2012, pp.178-182.

15. Borisov V.I., Tarasov V.V., Tuvin O.N. Osnovnye osobennosti vybora sistem navozoudaleniya na zhivotnovodcheskikh fermakh i kompleksakh (Main features of choosing manure removal systems on livestock farms and complexes), Nauchnoe obozrenie: mezhdunarodny'j nauchno-prakticheskij zhurnal, Saransk, 2020, No. 1, pp. 9-15.

16. Metodika energeticheskogo analiza tekhnologicheskikh processov v seFskokhozyajstvennom proizvodstve (Methodology for energy analysis of technological processes in agricultural production ) / N. Nikiforov [i dr.]. M: VIM, 1995, 95 p.

Сведения об авторах П.А. Савиных1 - доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник; В.А. Казаков2 - доктор технических наук, ведущий научный сотрудник; В.А. Филипчик3 - соискатель.

1,2,3Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н.В. Рудницкого", ул. Ленина, д. 166а, г. Киров, Российская Федерация, 610017, г. Киров, [email protected], ORCID: http://orcid.org/0000-0002-5668-8479; Scopus ID: 56728791200; [email protected], ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3512-317X; Scopus ID: 56727628500 [email protected]

Information about the authors P.A. Savinykh1 - Dr. Tech. Sci., Professor, Chief Researcher; V-А. Kazakov2 - Dr. Tech. Sci., Professor, Leading Researcher; V-А. Filipchik3 - Postgraduate Student.

1,2,3Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Agrarian Scientific Center of the North-East named after N. B. Rudnitsky",166a, Lenina Street, Kirov, 610017, Russia

[email protected], ORCID: http://orcid.org/0000-0002-5668-8479; Scopus ID: 56728791200; [email protected], ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3512-317X; Scopus ID: 56727628500 [email protected]

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Conflict of interest: the authors declare that they have no conflicts of interest.

Статья потупила в редакцию 05.02.2024; одобрена после рецензирования 11.04.2024; принята к публикации 20.05.2024 The article was submitted 05.02.2024; approved after reviewing 11.04.2024; acceptedfor publication 20.05.2024