Автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, диссертация на тему: Повышение эффективности навозоудаления на скотоводческих фермах на основе автоматизации оборудования

Автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, диссертация на тему: Повышение эффективности навозоудаления на скотоводческих фермах на основе автоматизации оборудования

Автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, диссертация на тему: Повышение эффективности навозоудаления на скотоводческих фермах на основе автоматизации оборудованияавтореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему: Повышение эффективности навозоудаления на скотоводческих фермах на основе автоматизации оборудования.

Рис. I Принципиальная технологическая схема удаления навоза на ЫТФ.

за качеством выполнения многих операций.

Автоматизация оборудования может резко снизить затраты труда, позволит оператору системы навозоудаления часть времени уделять другим технологическим процессам, а главное, автоматизация будет следить за процессом, наблюдение за которым из-за разобщенности объектов управления, бнстроты его протекания, леподсильно оператору. Конечная цель автоматизации — исключение оператора из цикла управления, предоставляя ему функции активного наблюдателя . Это становится возможным не только с переводом системы управления на микропроцессорное управление, но и с созданием систем автоматизированных машин, обладающих высокой надежностью.

В качестве базовых машин для автоматизации технологического процесса навозоудаления были выбраны распространенные машины, которые применяются при работе любой системы навозоудаления и серийно выпускаются. Это насос ШН-200, скрепер УС-15, скребковый транспортер типа ТСН. Из экспериментального оборудования — оборудование для удаления навоза ОУН-ЗОО-2, разработанное в Ц1ШЫЭС.Х.

Навоз, как агрессивная среда, представляет интерес с точки зрения его воздействия на элементы автоматики. Для изучения электрофизических характеристик навоза был использован диэлькометри-ческий метод измерения, как простой для практической реализации и обладающий достаточной мощностью. Измерения проводились в диапазоне частот I. 30 МГц мостовым методом с использованием широкополосного мостового измерителя полных проводимостей Е 10-8.

Объектом изучения служили состав и основные свойства органических удобрений, Отмечается, что навоз, его стоки и испарения являются агрессивной средой, склонной к налипанию. Бесподстилочный навоз — коллоидная смесь, способная течь как под действием собственной массы, так и под действием сил гидростатического давления. Он обладает сложными физико-техническими характеристиками: пластической вязкостью, предельными и касательными напряжениями сдвига, гранулометрическим составом. Поскольку в среде испарений навоза медные, и особенно, алюминиевые контакты подвержены значительной коррозии, чувствительные электрические и распределительные устройства технологического оборудования необходимо размещать за пределами воздействия испарений.

На основании экспериментальнмх и расчетных данных били построены зависимости /); ty. ¡ г(V¡,f) при ^ =1. 30 МГц для различных влахностей и температур навоза.

Рис. 2, Зависимость диэлектрической приницаемости £ от частоты f для навоза КРС влажностью W. 1-88, 2-90, 3-92, 4-95, 5-93.

На рис.2 приведена зависимость £ = f(f) для навоза КРС различной влажности.

В результате анализа электрофизических характеристик выбраны оптимальный диапазоны частот для исследуемого спектра. Под оптимальными в данном случае понимаются частоты, при которых обеспечивается максимальная чувствительность проводимы* измерений и наиболее полная отстройка от мешающих факторов. На ЭВМ Наири-С рассчитаны коэффициенты аппроксимации для полученных электрофизических характеристик.

В главе производится анализ затрат рабочего времени оператора системы навозоудаления и технико- экономические предпосылки автоматизации процесса навозоудаления. В качестве образца.

была взята система удаления навоза на молочном комплексе на 800 голов с беспривязным содержанием в колхозе им. Куйбышева (ныне Барацьба ) Духовичского района Минской обл. Здесь суммарные затраты рабочего времени на весь цикл навозоудаления составляют около 7,0 чел.чао в сутки. Оператор занят наблюдением за работой транспортеров, скреперов, насосов. Часть времени уходит на переходы от одного технологического оборудования к другому. Определены удельные затраты времени на голову при обслуживании оборудования для удаления навоза.Экономическая эффективность автоматизации Э определяется по следующему выражению.

где СЗГ) — экономия заработной платы за счет сокращения потерь рабочего времени оператора> СТэ- технологический эффект автоматизации; Ссэ — социальный эффект облегчения труда оператора, повышения его престижности> С3 — возрастание потребления электроэнергии вследствие работы автоматики; Сл — стоимость средств автоматики и их установки.

Во второй главе Математические модели элементов системы навозоудаления методом имитационного моделирования производится построение математической модели системы автоматического регулирования (САР ) положения насоса HSH-200 с целью определения оптимальных параметров, при которых ошибка реакции САР не превышает + 555 величины скачкообразного воздействия на входе. С целью имитационного моделирования на ЭВМ EC-I022 САР была представлена в виде структурной схемы (рис.3.

Рис.3. Структурная схема САР положения насоса НШ-200.

В результате расчетов получена серия переходных характеристик для различных знаков скачка и значений времени запаздывания. Как показали полученные данные расчетов, для времени запаздывания меньше оптимального наблюдается недорегулирование, а больше оптимального — перерегулирование, что может привести к автоколебаниям. Это свидетельствует о дестабилизирующем влиянии запаздывания. Оптимальное время запаздывания для скачкообразного воздействия вверх равно 2,05 е. вниз 0,92 с. На основе результатов расчетов построены области устойчивости.

Определены динамические характеристики (передаточные функции ) основных звеньев системы навозоудаления: зона уборки скрепера УС-15 представляет собой последовательное соединение интегрирующего звена и звена транспортного запаздывания.

где КзУС — передаточный коэффициент зоны уборки скрепера, равный величине обратной площади ее поверхности> — время уборки навоза в поперечный канал» Аналогичное выражение можно подучить для передаточной функции навозного канала.

Навозохранилище представляет собой интегрирующее звено.

П£?РеДаточный коэффициент навозохранилища, равный площади его поперечного сечения.

Передаточную функции для решеток фильтрации, осуществляющих фильтрацию жидкой фракции навоза для насосной станции и последующей рециркуляции, южно представить в виде апериодического звена первого порядка.

где К рф — передаточный коэффициент решеток фильтрации; 7* -постоянная времени фильтрации.

скорость фильтрации; Урр — площадь решеток фильтрации.

В главе приводятся передаточные функции для насосной установки с асинхронным приводом, для навозапроводов.

В третьей главе Создание технических средств автоматизации процесса навозоудаления дано описание разработанных технических средств автоматизации процесса навозоудаления: устройства для очистки станка животного от навоза, датчика .уровня.навоза, устройства автоматического контроля обрыва цени скреперной уста-норки УС-15, устройства программного управления скреперной .установкой УС-15, САР положения насоса ИШ-200, устройства предотвращения примерзания наклонного транспортера ТСН. Исходным в системе навозоудаления является устройство для очистки станка животного от навоза- Оно осуществляет своевременный смыв и дезинфекцию зоны дефекации, обеспечивая при этом повышение санитарно-гигиенических условий содержания животного, снижение трудозатрат по уходу за животным.

■ Датчик уровня навоза имеет меньшую трудоемкость обслуживания, так как не требуется очистка чувствительного элемента от налипающей со временем корки навоза, Его работа основана на принципе различия в теплоемкости навоза и воздуха. Датчик позволяет автоматизировать процесс наполнения и опорожнения навозных емкостей — канатов, навозолриемников, навозных хранилищ и т.д.

Работа устройства автоматического контроля обрыва цепи скреперной установки УС-15, обеспечивающего автоматическое отключешк скрепера при обрнве и заклинивании цепи, основана на воздействии последней на контактный стержень. При перегрузке цепи ыо;кно определить ее удлинение по формуле.

где I — длина цепи; Лусг- установленная мощность электродвигателя> %мех — механический к.п.д. передачи; Ъ — число з.убъев ведущей звездочки; V — скорость движения цегш; Е — моруль упругости материала цепи; р — площадь поперечного сечения планок цепи.

Удлинение для случая пластинчатой цепи составило.

для случая якорной цепи.

AL2 yf7 = 8,44 см.

Образующийся изгиб цепи действует на контактный стержень.

Устройство программного управления скреперной установкой УС-15 позволяет производить автоматическое включение и отключение скрепера по заданной программе, генерирует импульс длительностью 0,о. 0,8 с, достаточный для включения скрепера, основа устройства — реле времени — 2-РВМ.

САР положения насоса НЖН-200 дает возможность повысить производительность труда оператора, перевести работу насоса на автоматический режим. При этом электродвигатель насоса поддерживается на высоте 0,5. О,в м над уровнем навоза независимо от изменения последнего.

Устройство предотвращения примерзания наклонного транспортера ТСН генерирует сигналы на импульсное включение электропривода наклонного транспортера. Длительность пауз между импульсами колеблется от 30 с до 1,5 ч в-зависимости от температур« наружного воз,духа: чем ниже температура, тем чаще происходят включения. При температуре вше бтея (рис.4.

3°С Генерация импульсов ирекраща.

Рис.4. Зависимость времени паузы Тп между генерируемыми импульсам» от тешеватусы. наружного- воздуха Tf(B I — начальное примерзание; 2 — предельное примерзянио.

В четвертой главе Производственная проверка средств автоматизации и технико-экономическое обоснование системы автоматизации процесса навозоудаления изложены результаты проверки и испытаний описанных устройств. Технологическая схема автоматизированной линии навозоудаления на ферме КРС на 600 голов в колхозе им. Куйбышева Цуховичского р-на Минской обл. показана на рис. 5.

Рис. 5. Технологическая схема автоматизированной линии навозоудаления в колхозе им. Куйбышева Цуховичского р-на Минской области.

Дан технико-экономический анализ этой автоматизированной линии, а такяе приведено описание перспективной автоматизации процесса.

Проведенный технико-экономический анализ показал эффективность введенной автоматизации. Годовой экономический эффект ориентировочно равен 816* рублей. Трудозатраты снизились на 82,1 че к В ценах по состоянию на 1939 г.

дней в год. Устройство программного управления скреперной установкой УС-15 и устройство контроля обрыва цепи по результатам приемочных государственных испытаний рекомендованы к серийному производству.

ВШЮДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ.

1. Анализ удельных затрат рабочего времени оператора на молочнотоварных фермах при существующих технологических линиях навозоудаления позволил определить.

— суммарную величину затрат времени на весь цикл навозоудаления, которая составляет 0,525 чел.мин. на голову КРС в сутки.

Эта величина, вследствие невозможности для оператора уследить за территориально разобщенным технологическим оборудованием, может возрасти в 1,5. 2 раза и достичь 0,79. 1,05 чел.мин. на голову КРС в сутки.

— необходимые технические средства автоматизации, создание и внедрение которых позволяет снизить трудозатраты.

2. В результате имитационного моделирования на ЭВМ ЕС-1022 определены переходные характеристики САР для времени запаздывания Т„п„ =0,1. 8с при различных знаках скачкообразного сигнала. Для обеспечения точности отработки + 5% определено оптимальное время запаздывания Тдап = 2,05 с и 0,92 с для положительного и отрицательного знака скачкообразного входного воздействия.

3. Исследованы конструкторские и режимные параметры устройства контроля обрыва цепи скрепера УС-15, которое обеспечивает исключение лонных срабатываний из-за возмущающего воздействия движения навоза и изменения его влажности в пределах 60. 100.

в приямке при обеспечении усилия трогания на конце контактного стеркня Р ^ 40 Н.

4. Исследованием установлена зависимость времени примерзания наружного навозоуборочного транспортера от температуры наружно-ного воздуха. По результатам исследований разработано устройство предотвращения примерзания наклонного навозоуборочного транспортера, обеспечивающее автоматическое изменение пауз ( = •»3. 30 ши.) между импульсами на включение электропривода.

транспортера в зависимости от изменения: температуры окружающей среды ( tc = -30. -3°С ). При повышении температуры окружающего воздуха вше -3°С устройство автоматически перестает генерировать импульсы, т.е.

5. Разработанные технические средства контроля и автоматизации ( устройство автоматического программного управления скреперными установками типа УС-15 с устройством контроля обрыва их цепи, САР положения насоса НМН-200, устройство предотвращения примерзания наклонного навоаоуборочного транспортера типа ТСН, датчик уровня навоза, устройство для очистки станка животного от навоза) позволяют снизить трудозатраты, значительно облегчить труд оператора, продлить срок службы технологического оборудования, удушить микроклимат внутри животноводческих помещений.

6. Ожидаемый удельный годовой экономический эффект от внедрения комплекта разработанных технических средств составляет 1,021 руб. на голову 1СРО.

7. Экономическая и техническая эффективность устройства контроля обрыва цени с устройством программного управления скреперно установкой УС-15 подтверждена результатами приемочных Государственных испытаний (протокол № 7-27 -Ь5 (8010700 ) от 8 июля 1985 года.

1ШШКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Автоматизированная система транспортировки жидких удобрений по трубам ¡1 Применение электроники и связи в с.-х. производстве ;- Тез.докл.Всесоюз.ПТС М. Радио и связь , 1902, -С. 19.

2. К вопросу исследования электрофизических свойств навоза КРС и его смесей // Механизация и электрификация сел.хоэ-ва: Сборник научн. работ аспирантов /ЦШШЭСХ.-Мн. 1982. (Рукопись дел. в БелНИШГГИ 7.09.62 № 494.

3. Разработка и исследование математической модели датчика.

* В ценах по состоянию на 1989 г.

скорости течения навоза в трубе»- Таы же.

4. Автоматизация процесса приготовления и внесения жидких комплексных удобрений // Автоматизация производственных процессов в растениеводстве! Тез. докл. У1 Всесоюа. HTG.-M. 1982.-C.I74.

5. Статическая устойчивость АСУ ТП крупных животноводческих предприятий // Автоматизация процессов с.-х. производства, приборы контроля и средства автоматизации: -Мл. 1982.- С.56.

6. А.с. 923477 (СССР ) Устройство для очистки станка животного от навоза.- Опубл. в Б.И. — 1982,- Мб. (соавторы: В.О. Чернышев, Л.С.Лившиц, В.В.Плючачев.

7. Автоматизация технологических процессов на МТ$ // Обзор. ин^орм.-Мн. 1933.-41 с. (соавторы: В.О.Чернышев, Л.С.Дившиц, В.И.Хруцкий и др.

8. А.с.1038031 (СССР ). Устройство для намерения вязкости дисперсных сред.-Опубл. в Б,И.-1953.(соавторы: B.C.Полил, К.Ф.Терпиловский, В.О.Чернышев и др.

9. Динамические характеристики системы транспортирования и обработки навоза// Механизация и электрификация сел. хоз.

ва. Сборник науч. работ аспирантов / ЦНгШбСХ, -Мн. 1984. (Рукопись дел. во ЫШИТЖК 169/8-84.

10. Датчик уровня навоза: Проспект / ЦНИИМЭСХ.-Мн.,1965.-2с.

11. Автоматизация приготовления жидких органоминеральных смесей // Механизация и электрификация сел.хоз-па.— 1985. №7.

12. Автоматизированная система навозоудаления на фермах КРС / Информ. листок/ БодШМГГИ.-IS85.-К) 16.-4с. (соавторы: Л.С. Лившиц, В.В.Плюгачев, К.Й.Пронько и др.

13. Разработка и исследование САР положения насоса HMU-2QQ // Проблемы автоматизации с.-х. производства : Тез.докл. НТК, Мн. 1985.- с.39.

14. Комплексная система автоматизации навозоудаления на фермах КРС // — Там же. с.59. (соавтор В.В. Плюгачвв.

15. Устройство предотвращения примерзания наклонного тран -спортера ТСН // Проблемы электрификации, автоматизации и теплоснабжения с.-х. производства : Тез. докл. Всесоюо. НТК.-М.

16. Систем автоматического регулирования положения фекального насоса НМН-200 // Механизация и электрификация сел.хоз-ва: Сборник научных работ аспирантов/ ЦИНИМЭСХ.- (Рукопись дел, во ВНИИТЭСХ ¡Г- ШУЮ -84.

17. Устройство для предотвращения примерзания наклонного транспортера ТСН // Информ. листок/ БелШИНТИ.-198б.- № 345.-2с. (соавтор И.А.Ромашкевич.

18. Комплексная система автоматизация навозоудаления на фермах КРС// Экспресс информ. сер 68.85.65./ БелНИИНТИ.-Мн. 1986,-С.4. (соавтор В.В.Плюгачев.

Лодгаслко х гтхгл ВГ.ОШ г. Тпрг;;; 1С0.

Огвятто не ротояринго ВШЭСХ. 22С510, Ивиек, Кчо)г,;: .л,1.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector