CC BY
38
УДК 631.3: 636
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ШТАНГОВОГО ТРАНСПОРТЕРА ДЛЯ УБОРКИ НАВОЗА
П.И. Гриднев, Т.Т. Гриднева
Предложены зависимости оптимальных параметров транспортёра от усилия на перемещение тягового контура при холостом и рабочем ходе, суммарной массы тела волочения, коэффициентов неравномерности накопления навоза и трения скольжения в зависимости от удельного давления, силы прилипания навоза к различным поверхностям, условия наименьшего разрушение тела волочения, обеспечивающие минимальную энергоемкость процесса уборки навоза. Ключевые слова: штанговый транспортёр, оптимальные параметры, тяговый контур, тело волочения.
Анализ основных технико-экономических показателей различных технологий и технических средств для уборки навоза из помещений показал, что создать эффективную систему уборки практически на всех типах животноводческих помещений представляется возможным на основе штанговых транспортеров с гидравлическим приводом тягового контура и автоматической системой реверса. [1]
Для различных планировочных решений животноводческих помещений требуются транспортеры с различными техническими характеристиками, такими как длина тягового контура, тип тягового контура, конструкция скребков и шаг их расстановки, ход тягового контура, мощность привода и т.д.
Для обоснования этих параметров необходимо в первую очередь знать сопротивления (усилие) на перемещение тягового контура при холостом - F и рабочем Fp ходе, кг.
F = ( 2 q • L • Ктр + Gn0B) ■ Ксп ; (1)
Fp = ( 2 g • L
• ^"тр """ ^П О B) • К СП """ Мг • КIтр • К н """ ^р; (2)
где q - линейная плотность тягового контура, кг/м;
L - длина одной ветви тягового контура, м;
Ктр - коэффициент трения стали по смоченной поверхности бетонного канала;
GnOT - масса обводных блоков и гибких элементов, кг;
Ксп - коэффициент сопротивления движению цепи;
Мг - суммарная масса перемещаемого тела волочения, кг;
К1тр - коэффициент трения навоза по бетонному каналу;
Кн - коэффициент перегрузки в момент пуска установки под нагрузкой;
Fnp - сила сцепления навоза со скребком, дном и стенками канала, кг.
Зная усилие перемещения тягового контура при рабочем ходе представляется возможным определить установленную мощность электродвигателя гидравлической станции К, кВт.
N = (103 ■ Рр ■ У0)/Ю2Лт (3)
где У0 - скорость перемещения тягового контура (м/с) определяется соображениями безопасности и зависит от системы содержания животных;
]т - КПД гидроприводной системы.
Суммарная масса перемещаемого тела волочения Мг зависит от поголовья животных, параметров навозного канала, количества применяемой подстилки, продолжительности накопления навоза определяется по формуле: т ■ О ■ Кп ■ Кн ■ t
М =------— (4)
г 1,00-р '
т - количество животных определенного вида, шт.
Р - часовой выход экскрементов от животного определенного вида, кг/час;
Кп - коэффициент выхода навоза в зависимости от продуктивности и массы животных;
р - доля подстилки в навозе;
1 - время накопления навоза в канале, час;
Кн - коэффициент неравномерности накопления навоза в канале перед скребками.
Величина коэффициента неравномерности накопления навоза может быть определена по формуле, предложенной авторами [2].
кн = —; (5)
н м+в' у у
Численные значения коэффициентов А и В зависят от шага расстановки скребков, фактические значения их представлены в таблице 1.
Таблица 1. Численные значения коэффициентов
Значения коэффициентов Ш 1аг скребков, м
1,2 4,8 9,6
А 0,022 0,020 0,015
В 0,26 0,445 0,594
Значения коэффициента неравномерности накопления навоза в канале должны учитываться при определении максимальной нагрузки на тяговые и рабочие органы установки. С увеличением неравномерности снижается степень использования установки по производительности. Значения Кн увеличиваются с уменьшением продолжительности накопления навоза от трех до 12 часов и уменьшением шага скребков до 1,2 м и позволяют определить значения линейной плотности навоза в канале от времени между двумя последующими включениями установки - 1
Большое значение для работы штангового транспортера имеет такое свойство навоза как липкость. Епр - сила сцепления навоза со скребком, дном и стенками канала, кг. Способность к налипанию зависит от вида навоза и свойств поверхности, из которых изготовлены соприкасающиеся с ним части машин. Липкость характеризуется величиной усилия (г/см ), необходимого для отрыва пластины от налипшей на нее массы навоза при неизменных условиях -начального давления на пластину, время контакта и т.д.
Наибольшая сила прилипания к навозу характерна для резины и дерева, наименьшая - у полиэтилена и винипласта. Прилипание навоза к различным поверхностям в значительной степени зависит от влажности. Для свежего навоза КРС максимальная сила прилипания зависит от типа подстилки и материала поверхности и наблюдается при влажности 74-83%, таблица 2.
Сила прилипания навоза к различным поверхностям после трех месяцев хранения уменьшается в 3-4 раза по сравнению со свежим навозом.
Таблица 2. Критическая влажность (Wкр) и максимальная сила прилипания (С, г/см2) навоза КРС к различным поверхностям
Тип поверхности Вид подстилки
без подстилки соломенная торфяная опилки
С, г/см2 Wкр,% С, г/см2 Wкр,% С, г/см2 Wкр,% С, г/см2 Wкр,%
Бетон 8,6 80,5 9,2 74,7 8,7 77,1 6,7 81,5
Сосна 12,3 82,7 6,4 79,3 6,8 78,1 7,9 80,0
На основании работ [3, 4, 5]
^ = СЬ (В + , к г (6)
где С - удельное прилипание навоза к навозу к дну и стенкам канала г/см2 , (1 г/см2 = 10-1 кг/м2) .
Значительное влияние на коэффициент трения оказывают влажность навоза, тип подстилки и состояние поверхностей трения. Так коэффициент трения навоза КРС принимает свое максимальное значение в пределах влажности 60-70%. Влажность навоза при которой коэффициент трения (К1тр) принимает свое максимальное значение (Кмах) называют критической ^кр), таблица 3[6] .
Таблица 3. Коэффициент трения скольжения (К1тр) навоза КРС при критической влажности
Поверхность трения Без подстилки С соломенной подстилкой С торфяной подстилкой С подстилкой из опилок
Кмах WKр,% Кмах WKр,% Кмах WKр,% Кмах WKр,%
Бетон 1,04 67,6 0,68 73,4 1,23 74,4 0,89 70,7
Из таблицы видно, что при всех равных условиях максимальный коэффициент трения соломистого навоза по всем рассматриваемым поверхностям
меньше, чем торфяного навоза и навоза с подстилочным материалом из опилок. При влажности больше или меньше критической коэффициент трения будет меньше.
На коэффициент трения существенное влияние оказывает количество и качество применяемой подстилки. С увеличением содержания в навозе соломенной подстилки коэффициент трения, а значит и работа на перемещение навоза уменьшается. Коэффициент трения скольжения смеси экскрементов с резаной соломой, при одинаковой поверхности трения, на 10-20% меньше, чем с нерезаной соломой, таблица 4, [6]
Таблица 4. Зависимость коэффициента трения скольжения навоза КРС от количества и качества соломенной подстилки
Содержание соломы и ее качество Состояние поверхности трения Вид поверхности трения
бетон дерево
Сухая солома Сухая 0,59 0,56
Смесь экскрементов с 6% резаной соломы Мокрая 0,70 0,72
То же, с 9% Мокрая 0,69 0,62
То же с 6% нерезаной соломы Мокрая 0,87 0,80
То же с 9% Мокрая 0,74 0,72
Для свежего соломистого навоза КРС коэффициент трения скольжения в зависимости от удельного давления предлагается определить по эмпирической формуле [6]:
К ! тр=А-В1 о §о, (7)
где А и В - коэффициенты, определяемые опытным путем; о - удельное давление в плоскости сдвига, г/см2. Эта формула справедлива при значениях о = 3-100 г/см . Для навоза, влажность которого колеблется в пределах от 80 до 84%, при фиксированной относительной скорости перемещения трущихся пар равной 0,3 м/сек, числовые значения А и В приведены в таблице 5.
Таблица 5. Значения коэффициентов А и В
Поверхность трения А В
Дерево, пропитанное оксолем 1,04 0,34
Бетон гладкий 1,16 0,39
Значительное влияние на коэффициент трения скольжения оказывает качество и шероховатость поверхности. Независимо от типа подстилки наименьший коэффициент трения наблюдается у гладких поверхностей (винипласт, фторопласт и т.п.). У приработанной деревянной поверхности рабочими органами навозоуборочного транспортера коэффициент трения скольжения на 2030% ниже, чем у поверхности в начале ее эксплуатации.
При увеличении площади геометрического контакта, а также скорости относительного скольжения трущихся пар коэффициент трения навоза о различные поверхности уменьшается. Важными характеристиками штанговых транспортеров, определяющими эффективность процесса уборки навоза, являются: ход тягового контура, шаг расстановки скребков, угол установки скребков к оси тягового контура, периодичность включения транспортера в работу.
Оптимальное сочетание этих параметров очень важно, поскольку позволяет создать конструкцию, исключающую в максимальной степени разрушение тела волочения за счет переваливания навоза через скребок, выброс навоза из канала и разрушение тела волочения при обратном ходе тягового контура. Все это вместе взятое позволит сократить энергоемкость процесса уборки навоза, обеспечит соблюдение экологических и гигиенических требований.
При определенной конструкции штангового транспортера управлять эффективностью выполнения процесса представляется возможным только за счет изменения интервала времени между циклами уборки и длины рабочего хода тягового контура. По многочисленным данным теоретических и экспериментальных исследований [5, 7, 8] длина рабочего хода штангового транспортера должна быть больше шага расстановки скребков на величину, обеспечивающую полное раскрытие скребка при переходе тягового контура из холостого хода в рабочий, до момента встречи его с телом волочения, сформированным предшествующим скребком, рис.1.
Рис. 1. Схема расчета шага расстановки скребков штангового транспортера: 8 - ход тягового контура; В - ширина канала (длина скребка); а — угол установки скребка к оси тягового контура; а - шаг расстановки скребков; х - расстояние между
крайней точкой скребка и ранее сформированным телом волочения; I ^ _ длина основания тела волочения; XI - расстояние между основаниями двух последовательно расположенных тел волочения в момент завершения рабочего хода.
Анализируя схему (рис. 1), можно записать: S = а + 1±
(8)
(9)
(10)
а = В cos а + х х = S -Б с о s а — /
Величины расстояний x и x1 должны обеспечивать переход скребков из холостого хода в рабочий и из рабочего в холостой до встречи с телом волочения. При этих условиях происходит наименьшее разрушение тела волочения, обеспечивается минимальная энергоемкость процесса уборки навоза. В реальных условиях эксплуатации длина основания тела волочения зависит от физико-механических характеристик навоза, параметров навозосборного канала и времени накопления навоза. Теоретически описать изменения данной величины от внешних факторов невозможно, управлять можно только изменяя длительность циклов наполнения каналов и экспериментально установив путем закономерности пути перехода скребков из рабочего хода в холостой и обратно.
1. Гриднев, П.И. Основные направления совершенствования технологий и технических средств для уборки навоза из помещений и подготовки его к использованию / П.И.Гриднев, Т.Т.Гриднева // Техника и оборудование для села. - 2012. - №3. - С.20-24.
2. Левчикова, М.В. Исследование и обоснование параметров и режимов работы скреперных установок для уборки навоза на фермах КРС: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - М., 1980.
3. Барышников, В.Ф. Исследование технологического процесса работы каретно-скреперного транспортера для удаления навоза из коровника. - Челябинск,1970. - 28с.
4. Реппо, Б.А. Исследование скреперной установки для траншейного удаления навоза из коровника: автореф. дис. ... канд. техн. наук / Б.А.Реппо. - Каунас, 1970. - 31с.
5. Цирятьев, А.С. Исследование и обоснование технологических линий навозоудаления на животноводческих фермах: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Челябинск, 1972. - 27с.
6. Письменов, В.Н. Уборка, транспортировка и использование навоза. - М., 1973. - 200с.
7. Ковалевский, В.К. Расчет скреперных установок для удаления навоза // Техника в сельском хозяйстве. - 1990. - № 2. - С.36-37.
8. Ковалевский, В.К. Обоснование методики расчета основных конструктивно-технологических параметров штангового транспортера для уборки навоза // Механизация и электрификация сельскохозяйственного производства. - М.,1973. - Вып. 16. - С.269-278.
Гриднев Павел Иванович, доктор технических наук, зам. директора по научной работе Гриднева Татьяна Трофимовна, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства Тел. 8(4958)67-99-67
Suggested optimal parameters depending on the force of the conveyor to move the traction circuit at idle and during work, the total weight of drawing, the coefficients of uneven accumulation of manure and sliding friction, depending on the specific pressure, force manure sticking to various surfaces, the terms of least destruction of the body drawing, minimal energy process manure.
Keywords: boom conveyor, optimal parameters, traction circuit, body drawing.
Литература:
