Механіко-технологічні аспекти процесу підбирання і змішування біомаси для органічних добрив

Abstract

UA: Актуальність досліджень зумовлена відсутністю механіко-технологічних основ для розробки спеціалізованого підбирача-змішувача біомаси для малих фермерських господарств, що призводить до високих витрат на виробництво компосту. Мета – підвищення техніко-експлуатаційних показників процесу підбирання й змішування біомаси шляхом обґрунтування конструктивно-технологічної схеми та параметрів агрегата. За результатами досліджень розроблено технологічну схему приготування органомінерального компосту та запропоновано конструкцію навантажувача-змішувача з дозатором мінеральних добрив. Установлено, що кінематичне узгодження швидкостей шнека та дозувального вала забезпечує стабільне й рівномірне перемішування, підвищує якість компосту та оптимізує енергоспоживання. EN: The relevance of this study arises from the absence of established mechanical and technological foundations for developing a specialized biomass picker-mixer intended for small farms. The research aims to improve the technical and operational performance of biomass collection and mixing by substantiating the design and technological parameters of a new agricultural unit. Based on theoretical analysis and experimental justification, a technological scheme for preparing organo-mineral compost has been developed, as well as a structural design of a loader-mixer equipped with a mineral fertilizer dosing system. The proposed design integrates the operations of biomass loading and mineral fertilizer mixing into a single technological process, which significantly increases the efficiency of compost preparation. The study establishes that the kinematic coordination between the screw conveyor and the dosing shaft ensures uniform distribution of fertilizers throughout the compost mass, contributing to the homogeneity of the mixture and optimizing energy consumption. The technological scheme includes sequential laying of peat, lignin, and manure in alternating layers, followed by active mixing and mineral enrichment. The loader-mixer uses a screw-type feeding mechanism driven by a power take-off shaft, a reduction gearbox, and a dosing bunker. A rigid kinematic connection between the auger and the dosing shaft guarantees synchronized operation and precise dosing during mixing and loading. Mathematical modeling and analytical relationships were obtained to describe the motion parameters of the working organs, including angular and translational velocities, which determine the intensity of mixing and the rate of material feeding. The results demonstrate that the optimal ratio of screw rotational speed to the machine’s forward movement determines the effectiveness of biomass capture, transportation, and mixing. Deviations from this ratio result in uneven blending or excessive energy consumption. The proposed mechanical design and process scheme allow for the simultaneous execution of loading, mixing, and dosing operations, reducing the total time and energy required for compost preparation. Implementation of such a system in small and medium-sized farms can substantially lower production costs, improve compost quality, and contribute to sustainable agricultural development by recycling organic waste into valuable soil fertilizers.