Снижение почвенного плодородия является основной причиной уменьшения урожайности сельскохозяйственных культур. Потери гумуса в Южном и Северо-Кавказском федеральных округах в среднем составляют 0,1–1,0 т/га ежегодно /1,2/ Решение проблемы плодородия почв возможно путем внесения высококачественных органических удобрений. Основой для таких удобрений служит навоз – твердый (подстилочный), жидкий и полужидкий. На полужидкий навоз в Северо-Кавказском регионе приходится более 30%, но использование его в качестве органического удобрения затруднено из-за отсутствия эффективных технологий и технических средств.
В АЧИИ разработан мобильный смеситель компонентов компоста на базе разбрасывателя удобрений типа ПРТ (рисунок 1). В кузове 3 установлен корпус 5 с расположенной в нем смесительной камерой с лопастным барабаном 6, счесывающим транспортером 4. В передней части рамы установлен фекальный насос 1 с приводом от ВОМ трактора. Нагнетательный патрубок насоса соединен с нагнетательной трубой 2 лопастного барабана, а всасывающий патрубок через задвижку 9 с емкостью для полужидкого навоза. Лопастной барабан выполнен в виде полого вала с лопатками 7. Счесывающий транспортер 4 выполнен с возможностью изменения угла наклона к горизонту его нижней части, что позволяет регулировать высоту слоя соломы, подаваемой в смесительную камеру.
Машина смешивает дозированный слой соломы, подаваемый донным транспортером 8, со смесью полужидкого навоза и минеральных удобрений, подаваемых насосом, и посредством лопастного барабана укладывает полученную смесь в бурт.

Рисунок 1 – Мобильный смеситель компонентов компоста (наименование позиций – в тексте)

Целью исследования является теоретическое обоснование производительности мобильного смесителя компонентов компоста одной лопатки, с учетом конструктивных параметров лопастного барабана.
Основным конструктивным параметром лопастного барабана является форма и размеры лопаток и их технологические характеристики. Характер процессов, происходящих на лопатках работающего смесителя, остается неизменным и сводится к следующему. Материал, поданный на лопатку или захваченный ею, некоторое время перемещается лопаткой и скользит относительно нее под действием центробежной силы. Достигнув конца лопатки, материал под действием центробежных сил выбрасывается через дефлектор и формирует бурт компоста заданных размеров.
Вращающаяся лопатка деформирует материал и при захвате смеси образует зону деформации, размеры которой больше размера лопатки. Считается, что перед лопаткой образуется материал в виде призмы треугольного сечения, которая меняет свой контур за счет непрерывного пополнения с одной стороны, и растекания, с другой. При этом призма массы, захваченная лопаткой, не превышает размера самой лопатки. Поскольку в нашем случае перемешается смесь измельченной соломы и полужидкого навоза, то размеры зоны деформации будут больше, чем ширина лопатки.
Массу смеси, захваченной лопаткой, определим исходя из объема этой зоны деформации:

 , (1)

где V_д – объем деформируемого материала, м³.
Лопатка смесителя представляет собой половину полого цилиндра (рисунок 2).

L_об – общая длина лопатки,  – рабочая длина лопатки,  – длина накладки, d_л – диаметр лопатки

Рисунок 2 – Параметры лопатки смесителя

Поэтому общий объем будет состоять из двух частей:

где V₁ – объем материала в лопатке, м³;

V₂ – объем материала над лопаткой (призма), м³.

На рисунке 3 приведена схема для определения массы смеси, захватываемой лопаткой.

Рисунок 3 – Схема к определению массы смеси, захватываемой лопаткой

Общий объем рассчитывается по формуле:

 . (3)

Производительность одной лопатки определяется из выражения:

 , (4)

На рисунке 4 показано изменение производительности лопатки от частоты вращения вала смесителя. Из рисунка видно, что с увеличением частоты вращения вала смесителя, производительность лопатки изменяется по линейному закону и при частоте вращения 7,5 об/с, наибольшее ее значение составляет 0,0024 т/с.

1 – f =180°; 2 – f = 210°; 3 – f = 240°

Рисунок 4 – Изменение производительности лопатки от частоты вращения вала смесителя
Одновременно мгновенный выброс из смесителя производится двумя лопатками, поэтому при вычислении производительности смесительной камеры нужно учитывать количество лопаток, их конструкцию и расположение на валу. Для этого введем в формулу (5) коэффициент, учитывающий сход смеси с лопатки и зависящий от конструкции лопаток и расположения их на валу, а также количество лопаток, одновременно выбрасывающих смесь из барабана смесителя.

 , (5)

где V_д – объем лопатки, м³;
_см – плотность смеси, т/м³;
z – количество лопаток, одновременно выбрасывающих смесь, шт.;
k – коэффициент, учитывающий сход смеси с лопатки и зависящий от конструкции лопаток и расположения их на валу.
Подставляя значение времени нахождения смеси на лопатке в формулу (5) получим выражение производительности смесителя:

 . (6)

На рисунке 5 показаны теоретические зависимости изменения производительности смесителя от угла поворота лопатки в рабочей зоне.

1 – n_сб = 4,5 с^-1; 2 – n_сб = 6 с^-1; 3 – n_сб = 7 с^-1
Рисунок 5 – Изменение производительности смесителя от угла поворота лопатки

Из графика видно, что при увеличении угла оборота производительность уменьшается, так как увеличивается время нахождения смеси в барабане.
На рисунке 6 показана зависимость производительности смесителя от оборотов вращения вала барабана, откуда видно, что при частоте вращения вала барабана 7,5 об/с, наибольшее значение производительности смесителя составляет 0,0062 т/с.

1 – 180°; 2 – 210°; 3 – 240°
Рисунок 6 – Зависимость производительности смесителя от оборотов вращения вала барабана (при угле поворота лопатки)

По полученным зависимостям на рисунке 6 также видно, что при увеличении оборотов вала барабана и угла поворота лопатки производительность уменьшается, так как увеличивается время нахождения смеси в барабане.
Угол поворота лопатки в рабочей зоне зависит от высоты открытия окна подачи соломы в смесительную камеру и, таким образом, является важным фактором для регулировки производительности смесителя.
Следовательно, важным фактором, влияющим на производительность смесителя при производстве компостов является количество, геометрические размеры и технологические параметры лопаток, расположенных на валу барабана в смесительной камере. Получены выражения для определения производительности одной лопатки и смесителя в целом. Основными параметрами, влияющими на производительность смесителя являются свойства смешиваемых компонентов ( плотность), геометрические параметры лопаток и их количество, режимные параметры (частота вращения, время пребывания лопаток в рабочей зоне).

1. Бондаренко А.М. Механизация переработки навоза животноводческих предприятий в высококачественные органические удобрения: монография/ А.М. Бондаренко, Зерноград, ВНИПТИМЭСХ, 2001.-290с.
2. Качанова Л.С. технико-экономическое обоснование переработки твердого навоза животноводческих предприятий в высококачественные органические удобрения и их использование в растениеводстве/ Л.С. Качанова, А.М. Бондаренко// Вестник ФГБОУ ВПО «МГАУ им. В.П. Горячкина». Агроинженерия. Экономика и организация производства в агропромышленном комплексе. Вып. №2, 2013,С.80-85.

Все статьи автора «Самойлова Татьяна Филипповна»