Механизация технологических процессов на ферме

Введение

Развитие агропромышленного комплекса на современном этапе основывается на ускорении научно-технического прогресса, мощной материально-технической и энергетической базе.

Увеличение производства сельскохозяйственной продукции невозможно без его частичного перевооружения. Система машин для животноводства и кормопроизводства включает более 1000 наименований. Количественный и качественный рост техники позволяет последовательно внедрять комплексную модернизацию и автоматизацию технологических процессов на основе специализации и концентрации производства в условиях перестройки.

Колхозы и совхозы, объединяя свои силы и средства, создают крупные предприятия по получению кормов и продуктов животноводства. Такая форма производства требует нового подхода к организационным, технологическим, техническим, строительным и экономическим проблемам. Особое значение приобретают вопросы снижения себестоимости продукции и повышения рентабельности животноводства в целом. Успешное их решение во многом зависит от выполнения программы дальнейшего интенсивного развития сельскохозяйственного производства.

Один из важнейших показателей развития сельскохозяйственного производства - выход товарной продукции высокого качества. Ее объем в значительной степени зависит от материально-технической базы, которая создает предпосылки для планомерного перехода сельского хозяйства на промышленную основу.

Индустриализация агропромышленного комплекса на основе межотраслевых связей и повышения его эффективности позволит ликвидировать имеющиеся в сельском хозяйстве диспропорции, а также устранить крупные потери продукции во время ее производства, транспортировки, хранения, переработки и реализации. В условиях перестройки необходимы совершенствование формы и организации производства, улучшение его планирования и управления. Научно обоснованное управление должно помогать руководителям хозяйств последовательно развивать наиболее выгодные направления производства и хозяйственный подряд, углублять специализацию ферм и хозяйства в целом, высокопродуктивно использовать землю.

Коренная перестройка производства животноводческой продукции представляет собой относительно длительный процесс и требует огромных трудовых и материальных затрат. Она предусматривает поиск и реализацию резервов ускорения научно-технического прогресса в области механизации и электрификации сельского хозяйства.

Комплексная механизация и автоматизация - основа технического прогресса в животноводстве. Однако наращивание темпов производства предполагает также использование новых технологий, достижение химической, микробиологической и других наук, а также передового опыта, изобретений, рационализаторских предложений и научной организации труда.

Интенсификация животноводческой отрасли сельскохозяйственного производства путем внедрения достижений научно-технического прогресса - это сложный процесс, охватывающий все экономические аспекты и оказывающий большое влияние на увеличение валовой продукции, снижение ее себестоимости и повышение рентабельности отрасли.

Для решения задач в области механизации, электрификации и автоматизации, поставленных перед агропромышленным комплексом, необходимы технически обученные и квалифицированные специалисты, владеющие профессиональными знаниями. От уровня подготовки инженерных кадров во многом зависит дальнейшее развитие сельскохозяйственного производства и его животноводческой отрасли.

1. Расчет генплана фермы

1.1 Обоснование системы содержания животных и размера фермы

На проектируемом комплексе по доращиванию и откорму КРС принимаем привязное содержание животных. Этот способ содержания наиболее распространен в колхозах и совхозах. Он обеспечивает хорошие условия для индивидуального нормированного кормления животных. При привязном содержании планировка стоил, проходов, кормушек, поилок проводится с учетом максимальной механизации производственных процессов.

Из литературных источников рекомендуется, что наиболее перспективными и экологически целесообразными являются хозяйства по откорму КРС на 3000…5000 голов. Однако, с увеличением поголовья скота возникают экологические проблемы. Учитывая эти условия, а также размеры хозяйства, проектируемый комплекс по доращиванию и откорму КРС будет рассчитан на 3000 голов.

1.2 Расчет потребности в воде

Определяем среднесуточный расход воды по формуле:

, (2.1.)

Где: q₁q₂…q_n - среднесуточные нормы однотипных водопотребителей, л/сут.

m₁m₂…m_n - количество водопотребителей каждого типа.

С учетом коэффициента суточной неравномерности находим максимальный суточный расход воды:

, (2.2.)

Где К_сут - коэффициент суточной неравномерности

К_суг=1,3

Q_сут.ср=503000=150000 л/сут

Q_{сут max}=1.3150000=195000 л/сут

Тогда средний часовой расход воды составит:

л/час, (2.3)

Максимальный часовой расход воды определим с учетом коэффициента часовой неравномерности:

, (2.4)

где К_ч - коэффициент часовой неравномерности, К_ч=2

л/час

Секундный расход воды:

л/с, (2.5)

Объем водонапорных башен определим по формуле:

, (2.6)

Где: V_р - регулирующий объем водонапорного бака, м³;

V_a - аварийный запас воды, м³;

V_пож - противопожарный запас воды, м³;

Регулирующий объем емкости находим:

, (2.7)

Где n - допустимое число включений насоса, которое может быть 1…3

м³

При условии устранения аварии в течение двух часов, аварийный запас воды будет найден:

м³, (2.8)

Противопожарный запас воды для водонапорных башен рекомендуется принимать из расчета тушения пожара в течение 10 минут в двух местах одновременно с общим расходом воды 10 л/с:

м³, (2.9)

Тогда объем водонапорной башни равен:

м³

Выбираем типовой проект башни 901-517/70 емкостью 50 м³.

1.3 Расчет потребности в кормах

Полноценное кормление животных является решающим фактором в увеличении производства говядины.

Во II и III /120…300 и 300…480 дней / периодах ведется интенсивное выращивание и откорм молодняка с использованием брикетированных и гранулированных кормов, сенажа и силоса, а в летний период - зеленых кормов.

Структура рациона молодняка КРС на откорме приведена в табл. 1.

Таблица 1. Структура рациона молодняка КРС на откорме, в %

	Возраст животных
Корма	120…300	301…400
	зимой	летом	зимой (215 дн)	летом (150 дн)
	(215 дн)	(150 дн)
Сенаж	24	-	24	-
Сено	14	-	12	-
Силос	19	-	19	-
Зеленые корма	-	70	-	65
Концентр. корма	30	30	35	35

Для возраста животных 121…300 дней принимаем среднесуточный привес 850 г. для получения этого привеса животному необходимо 7,3 кг корм. ед. в сутки. (131, с. 48).

Для возраста 301…480 дней принимаем среднесуточный привес 950 г. для получения данного привеса необходимо 8,9 кг корм. ед, в сутки на одну голову. Если известна норма затрат кормов в кормовых единицах в сутки и рацион кормления в процентах (см. табл. 2.1.), то количество кормовых единиц, которое обеспечит данный вид корма, составит:

, (2.10)

Где Р - норма затрат корма в сутки, кг корм. ед; Р=7,3.

К_i - процентное содержание в рационе i-ого вида корма.

Тогда количество кормовых единиц в сутки для одного животного в возрасте 121… 300 дней будет равно:

кг корм. ед.

кг корм. ед.

кг корм. ед.

кг корм. ед.

кг корм. ед.

Для одного животного в возрасте 301… 480 дней:

кг корм. ед.

кг корм. ед.

кг корм. ед.

кг корм. ед.

кг корм. ед.

Суточный расход I-ого вида корма на одну голову:

, (2.11)

Где П - продуктивность животного, кг/сут.

- питательная ценность корма, корм. ед./кг корма.

Таблица 2.2. Питательная ценность кормов

Вид корма	Питательная ценность, к.ед./кг
Концентраты Зеленая масса Силос Сенаж Сено	1 0,15 0,2 0,4 0,5

Суточный расход кормов по видам на одно животное в возрасте 121…300 дней:

кг.

кг.

кг.

кг.

кг.

Суточный расход кормов по видам на одну голову КРС в возрасте 301…480 дней составит:

кг.

кг.

кг.

 кг.

кг.

Так как на комплексе животные содержатся 12 месяцев, то каждый месяц сдается и поступает по 250 голов и в каждой возрастной группе насчитывается по 1500 голов. Суточная потребность отдельных видов кормов определяется из следующего выражения:

Q=a₁m₁+a₂m₂ (2.12)

Где а₁а₂ - масса определенного вида корма на одно животное, кг/сутки m₁m₂ - число животных в каждой группе.

т

т

т

т

т

Определяем годовую потребность кормов с учетом того, что сенаж, сено, силос скармливаются только в зимний период (215 дней); зеленая масса - в летний (150 дней) и концентрированные корма - круглый год (табл. 2.3).

Таблица 2. Годовая потребность в кормах, т

	сенаж	сено	силос	конц. корм	зел. масса
	На 1 жив.	Всего, т	На 1 жив.	Всего, т	На 1 жив.	Всего, т	На 1 жив.	Всего, т	На 1 жив.	Всего, т
121..300 дн	0,66	990	0,32	467	1,06	1593	0,33	502	5,2	7816
301..480 дн	1,05	1582	0,42	634,5	1,6	2508	0,62	926	7,6	11400
Итого	1,71	2572	0,74	1101,5	1.66	4101	0.995	1428	12,8	19216
Страх. фонд 5-10%	x	128	x	55	x	205	x	71,4	x	960,8
Всего		2700		1156,5		4306		1499,4		20176

Силос и сенаж будем хранить в траншеях. Максимально возможное сечение траншей определим из следующего выражения:

, (2.13)

Где G - годовая потребность в силосе или сенаже, т; S _ср - средняя плотность корма, т/м³;

b _mах - максимальная ширина траншеи, м;

h _mах - максимальная высота траншеи, м;

l - ширина траншеи м.

Для сенажа:

, м²

Принимаем 2 траншей размерами 15x60x3

Для силоса:

, м²

Принимаем 3 траншей размерами 15x45x3

Определим объем хранилищ из выражения:

, (2.14)

, м³

, м³

Объем хранилища для сена определим по формуле:

, (2.15)

Где Q_г - годовая потребность сена, т;

К - коэффициент, учитывающий потери сена, равный 0,05

g - плотность сена (0,08…0,012 т/м)

, м³

Размер хранилищ нужного объема находим из выражения:

, (2.16)

Где L - длина склада, м

b - ширина склада, м

h - высота укладки кормов, м.

Высота укладки кормов устанавливается в зависимости от допустимой нагрузки на опорную площадь. Для сена она составляет 0,4 т/м³ (13 1, с. 59) Исходя из этих требований, площадь хранилища при высоте 9,5 м составит:

м

м²

Принимаем три хранилища размерами 45x25x10,5.

1.4 Расчет вместимости навозохранилища

Размер навозохранилища определяем с учетом норм выхода навоза и срока его хранения. Полезную площадь навозохранилища определяем по формуле;

, (2.17)

Где m - поголовье животных;

q_n - масса навоза от одного животного за сутки, кг;

t_д - число дней хранения навоза, 100… 150;

g - 700… 800 кг/м - средняя плотность навоза;

h - высота укладки навоза, 1,5…2,5 м.

, м²

Принимаем два навозохранилища с размерами 4090 м

2. Технологическая часть

2.1 Механизация уборки навоза и поддержание оптимального микроклимата

Среди технологических линий, применяемых в животноводстве, особое место занимают линии по уборке навоза из помещений, его переработке и использованию. Создание крупных животноводческих предприятий индустриального типа, повышенные требования к охране водного и воздушного бассейнов, необходимость использования всей массы навоза для удобрения полей обострили проблему механизации выполнения всех операций. Создание благоприятных санитарных условий для работы на ферме, повышение производительности труда - важнейшие требования, предъявляемые к системам технических средств для механизации уборки и утилизации навоза.

В настоящее время для удаления навоза применяются механические средства, а также гидравлические системы.

В последние годы все большее распространение получают гидравлические системы удаления навоза как наиболее простые и надежные в эксплуатации, позволяющие отказаться от применения трудоемких ручных операций и полностью автоматизировать весь технологический процесс, связанный с удалением и переработкой такого специфического продукта, каким является жидкий навоз.

Учитывая вышеперечисленные преимущества гидравлической системы удаления навоза, на проектируемом комплексе для удаления навоза будем применять одну из разновидностей гидравлической системы - самотечную.

Самотечная система - это система непрерывного действия. Она состоит из каналов (лотков), расположенных в отдельных животноводческих зданиях, общего поперечного канала (коллектора), проходящего через ряд животноводческих зданий, приемного резервуара, насосной станции и магистрального смывного трубопровода. В нашем случае в каждом помещении для содержания животных имеется по восемь (лотков) продольных каналов.

Для хранения навоза имеются два навозохранилища емкостью по 3500 тонн. Для закачки жижи в жижехранилище применяем насос НЖН-50. Вывозка навоза из хранилищ производится два раза в год.

При установлении самотечного режима движения навозной массы шибер в канале опускают, оставляя между ним и порожком щель около 100 мм. В специальные направляющие рамки вставляют гидрозатвор (рис. 1.).

Схема перемещения жидкого навоза самосплавом из продольного канала в коллектор:

Рис. 1. 1) продольный канал; 2) решетчатый пол; 3) шиберная заслонка; 4) гидрозатвор, 5) люк смотровой; 6) коллектор; 7) фартук; 8) порожек

Для запуска системы в продольный канал заливают воду на высоту порожков

Каналы очищают технической водой. С этой целью поднимают гидрозатвор, шибер и порожек на высоту 500…600 мм. Нормами установлено, что скорость течения смываемой массы должна быть не ниже 1,1 м/с, напор смывной жидкости на выходе из форсунки смывного трубопровода не менее 0,1 МПа ([3.] с. 52). После очистки самотечных каналов чистят, моют и дезинфицируют станки и каналы специальными растворами и снова подготавливают их для пуска в самотечный режим.

Создание и автоматическое поддерживание требуемых параметров микроклимата является важной проблемой в животноводстве.

Исследованиями и опытом многих хозяйств установлено, что за несоблюдение оптимального микроклимата в помещениях для содержания животных снижается их продуктивность, увеличивается расход кормов на получение продукции, возрастает падеж животных, сокращаются сроки эксплуатации машин и зданий, возрастают простудные заболевания обслуживающего персонала.

Для поддержания оптимальной температуры специальные подогревательные установки не ставятся.

Выбор технологии удаления и утилизации навоза главным образом зависит от системы содержания животных и физико-механических и реологических свойств навоза.

При содержании животных без применения подстилки получают полужидкий навоз с относительной влажностью 89…90%. Добавление технологической воды в навоз, а также в гидравлические системы увеличивает относительную влажность до 94…98%, и навоз становится жидким.

Среди гидравлических способов до последнего времени гидросмыв был наиболее распространённым способом транспортировки навоза из животноводческого помещения в навозосборник. Технические затраты при этом способе минимальны. Подпорный канал имеет уклон от 0,5 до максимума 1% в направлении стока. Чтобы повысить текучесть бесподстилочного навоза крупного рогатого скота, после каждого спуска навоза из канала в него надо добавлять около 20 кг воды на одну условную голову.

Гидросмыв в животноводческих комплексах применим лишь в том случае, если имеется навозохранилище достаточной вместимостью. Другими словами, добавление воды не должно влиять на транспортные затраты.

На ферме в настоящее время для удаления навоза используется самотёчная система периодического действия.

Откормочные помещения оборудованы щелевыми полами, через которые бесподстилочный навоз попадает в подпольные каналы. При смене поголовья животных шибера, запирающие поперечные каналы открывают, и навозная масса самотёком поступает в навозоприёмник. Для удаления твёрдой фракции, которая осталась на стенках каналов, применяют техническую воду, в результате чего происходит снижение качественных свойств навоза и увеличиваются затраты на его утилизацию. Смыв навоза производят при поднятых щелевых полах с помощью установки МЖТ-11 агрегатированной с трактором Т-150К. Далее навозная масса поступает в навозосборник оборудованный двумя погрузчиками: НЖТ-200 для жидкой фракции, и НПК-30 для твёрдой фракции. Из навозоприёмника жидкая фракция транспортируется насосом НЖТ-200 в жижехранилище. Твёрдый навоз грузится погрузчиком НПК-30 в разбрасыватели ПРТ-11 и транспортируется в навозохранилище или прямо к месту внесения. Жижа из жижехранилища загружается погрузчиком НЖТ-200 в машины для внесения жидких удобрений МЖТ-11 агрегатированные с тракторами Т-150К и транспортируется к месту внесения с последующим внесением в почву.

Технология хороша применением малого количества энергетических средств, удаление навоза производится при смене поголовья, что позволяет не беспокоить животных шумом транспортёра.

Основным недостатком данной технологии являются большие материальные затраты на транспортировку и внесение большого количества жижи. Это происходит в результате разбавления навоза технической водой, при очистке каналов. Разбавленный навоз теряет своё качество и излишние материальные затраты, связанные с транспортными расходами, не окупают себя. Данный недостаток также отрицательно влияет на экологическую обстановку вблизи животноводческих комплексов.

3. Конструкторская часть

3.1 Описание и расчет конструкторской части

Насос шнековый НШ-50 предназначен для перекачивания жидкого и полужидкого навоза из емкостей в транспортирующие средства или транспортирование навоза по трубам диаметра не менее 150 мм. Рабочий орган насоса приводиться во вращение от электродвигателя, опускание и подъем рабочего органа производиться с помощью ручной лебедки.

Насос может выполнять следующие операции:

- перемешивание массы струей жидкости, создаваемой рабочим органом и направленной от насоса;

- измельчение соломенных примесей режущими штифтами измельчителя;

- подъем массы вертикальным шнеком;

- перекачивание под напором массы в транспортирующие средства или подача ее по трубам.

Насос шнековый НЖН-200, НШ-50 состоят из шнека сварной конструкции диаметром 160 мм и шагом 160 мм. Шнек установлен в корпусе изготовленном из трубы диаметром 180 мм. На валу шнека смонтированы: колесо центробежного насоса, подвижной муфты и мешалка.

Измельчитель состоит из подвижных штифтов, установленных на валу шнека и неподвижных, установленных в корпусе насоса.

Вал шнека соединен с электродвигателем посредствам муфты и имеет две опоры: подшипники качения и резинометаллический подшипник. К нижнему кронштейну шнека крепиться ограждение, предохраняющее попадание в насос камней и других посторонних предметов.

К корпусу центробежного насоса крепиться выгрузной рукав. Шнек в сборе устанавливается на кронштейнах.

3.2 Расчет шнека

Зная часовую производительность шнека Q=40т/ч и обороты шнека n=965 мин^-1, длину шнека L=3 м и высоту подъема h=3 м производим расчет диаметра вала шнека их прочность по касательным напряжениям.

Необходимая мощность для привода шнека будет равна:

где k_тр-коэффициент, учитывающий потери мощности на трение рабочих органов k_тр=1,3

-КПД передачи,

Крутящий момент на валу рассчитываем по формуле

Где Т - крутящий момент, Втмм

N-мощность, Вт

n - число оборотов, мин^-1

Диаметр вала вычисляем по формуле:;

-допускаемое напряжение при кручении =10 МПа

;

Из стандартного ряда принимаем d=30 мм

4. Расчет технологической карты

По технологической карте определяется количество машин и людей, а также затраты средств на выполнение той, или иной операции. Расчет технологической карты покажем на примере линии удаления навоза.

На ферме осуществляется бесподстилочное содержание животных на щелевых полах. Навоз накапливается в каналах и раз в полгода самотёком удаляется из стойлового помещения. Удаление производится при смене поголовья животных в стойловом помещении. Не удаленные остатки смывают водяной струёй с помощью машин МЖТ-11, при этом происходит разбавление навоза водой. Далее из навозоприёмника жидкая фракция транспортируется в жижесборник, а твёрдая грузится в транспортные средства и вывозится в навозохранилище, или к месту внесения, при этом используются разбрасыватели органических удобрений ПРТ-11 агрегатируемые с тракторами Т-150К.

Технологическая карта состоит из 23 колонок.

В первой колонке заносится порядковый номер операции.

Во второй колонке приводится перечень процессов и операций, выполняемых на ферме. В нашем случае в качестве примера воспользуемся операцией №1 «смыв навоза из каналов». В третью колонку заносится суточный объём работ.

1. т

В четвёртую колонку, число рабочих дней в год, заносим количество дней работы машины в течении года.

1. D=30 дн

В пятой колонке записываем объём работ по данной операции в год.

1. Q_год=46000 т

В шестую колонку записываем наименование машин и оборудования используемого на данной операции.

1. Т150К+МЖТ-11

В седьмую колонку заносим мощность используемого привода.

1. N_дв=89 кВт

Восьмая колонка, часовая производительность машин.

1. Q_час=26 т/ч

В колонках 9,10 заносится число часов работы машины в сутки и год соответственно.

1. t_м=10 ч Т_м=300 ч

В графу 11 записываем количество обслуживающего персонала.

1. n= 1 чел.

В графы 12,13 записываем затраты труда обслуживающего персонала в сутки и в целом за год.

1. t_сут= 60 ч Т_год= 1800 ч

В графу 14 записываем количество машин и агрегатов обслуживающих данную операцию.

1. 6

В графу 15 заносим балансовую стоимость машин.

1. Б= 27300 тыс. руб.

Графы 16,17 отражают процент отчислений на текущий ремонт и техническое обслуживание.

Сумма этих отчислений определяется в графе 18 из выражения:

А_отч=Б (а+р) 1/100, руб.

1. А_отч=7995,5 тыс. руб.

Где: Б - балансовая стоимость машины, руб.; а - норма амортизационных отчислений, %; р - норма отчислений на текущий ремонт и техническое обслуживание.

Графа 19 расход энергии в год находится из выражения:

W= N_дв Т_м

1. W= 45080 кг

2. Затраты на энергию графа 20 находим из выражения:

Е=WC_e

1. Е=21638 тыс. руб.

2. Где C_e - стоимость 1 кВт часа энергии,

Стоимость электроэнергии равна 60 руб. кВт/ч:

Зарплату графа 21 рассчитываем исходя из затрат рабочего времени на операцию в сутки и в год в зависимости от квалификации работников, тарифного разряда и часовой ставки с учетом дополнительной оплаты за продукцию и начислений на зарплату.

З= Т_годз

Где: з - часовая тарифная ставка, руб.

1. З= 433,8 тыс. руб.

В графу 22 прочие затраты включаются затраты на мелкий инвентарь, спецодежду, топливо для котлов, химикаты для дезинфекции помещений. К прочим затратам будем относить и затраты на воду.

Годовые эксплуатационные затраты Э_год. определяются суммированием граф 18 +20+21+22

Э_год= А+ Зр+Е+Пр

1. Э_год = 70044 тыс. руб.

Аналогично рассчитываем все остальные операции на карте.

Для получения наибольшей прибыли при минимальных затратах труда и средств немаловажную роль играет правильная организация труда на комплекс

Список литературы

1. Брагинец Н.В., Палышкин Д.Н. Курсовое и дипломное проектирование по механизации животноводства, - М,: Колос, 1984.

2. Методические указания по преддипломной практике студентов по курсу «Механизация животноводческих ферм» - Мн, БИМСХ, 1984.

3. Агеев Л.Е., Квашенников В.И., Мельников С.В, и др. Эксплуатация технологического оборудования животноводческих ферм и комплексов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1992. - с. 367.

4. Грачева Л.И., Назаров Г.Н., Гарбер Б.Ю. и др. Механизированные работы на животноводческих фермах и комплексах. Под ред. Л.И. Грачевой. - К. Ураджай, 1991-280 с.

5. Мжельский Н.Й., Смирнов А.Й. Справочники по механизации животноводческих ферм и комплексов. М.: Колос, 1992.