Технология и технические средства заготовки кормов в крупногабаритных тюках тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, доктор технических наук в форме науч. докл. Шпилько, Анатолий Васильевич

• Шпилько, Анатолий Васильевич
• доктор технических наук в форме науч. докл.
• 1998

Оглавление диссертации доктор технических наук в форме науч. докл. Шпилько, Анатолий Васильевич

Актуальность проблемы. Кормопроизводство является одной из важнейших отраслей агропромышленного комплекса РФ, темпы и научно-технический уровень развития которой во многом определяют решение продовольственной проблемы страны. Однако сложная экономическая ситуация в стране и связанное с этим ухудшение материально-технического обеспечения сельского хозяйства привели к негативным процессам в развитии кормопроизводства. После 1990 года начался резкий спад продуктивности кормовых культур, посевных площадей и производства грубых и сочных кормов. Так, производство сена в 1996 г. по отношению к 1990 г. составило 52%, соломы 60%, сенажа - 55%.

Из-за недостатка растительных кормов, несбалансированности рационов, потенциальная продуктивность животных используется на 40-50%.

Одной из причин резкого сокращения производства кормов является острый недостаток в хозяйствах современной кормоуборочной техники. Поэтому разработка новых технологий и создание высокоэффективных машин для заготовки грубых кормов является актуальной проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Целью исследований является повышение эффективности заготовки грубых кормов в крупногабаритных прямоугольных тюках.

Объекты исследования: технологии заготовки грубых кормов для различных условий, модели прессования сено-соломистых материалов, лабораторные установки, опытные и производственные образцы валкооборачива-теля и пресс-подборщика для заготовки грубых кормов в крупногабаритных прямоугольных тюках.

Методы исследования. Процессы образования, оборачивания и подбора валков рассматривали с применением методов теоретической механики, аналитической и дифференциальной геометрии, математического моделирования. Процессы прессования кормов обосновывали с использованием реологических свойств упруго-вязких материалов. Экспериментальные исследования проводили с использованием математических и физических моделей с применением теории планирования эксперимента, тензометрии, стсопостной киносъемки. Обработку данных испытаний проводили с при-Г'",|аем теории вероятностей и математической статистики. ьг;|ую новизну составляют: безразрывный поток оборачивания грубого ? и динамические релаксации напряжений растительных материалов формировании в крупногабаритные тюки. 'Тую ценность представляют математические модели образования и швания валка грубого корма, а также установление функциональной „ гежду давлением прессования, скоростью, плотностью и влажностью оиала. ческую ценность составляют разработанные технологии, методики огического расчета шнекового валкооборачивателя, и выбора параметров пресс-подборщика крупногабаритных ткжбв, методы оценки эффективности кормоуборочной техники.

Реализация результатов исследования. Результаты исследований использованы НИИ кормов при составлении агротехнических требований на валко-оборачиватель прицепной (шифр СМ Р 41.02). Параметры и режимы работы шнека реализованы в конструкции навесного шнекового валкооборачи-вателя на шасси косилки-плющилки КПС-5Г, разработанного ГСКБ Люберецкого завода им. Ухтомского. ВалкооборачйватёЛь рекомендован к производству (шифр по СМ Р 41.01.01). Фрунзенским конструкторско-технологическим институтом по кормоуборочным машинам разработан и изготовлен образец прицепного шнекового валкооборачйвателя, который успешно прошел испытания.

Пресс-подборщик крупногабаритных тюков ПК Г-Ф-2,0 по результатам приемочных испытаний на Киргизской, Казахской и Владимирской МИС рекомендован к постановке на производство.

Довернь овных положений, выводов и рекомендаций подтверждае даточно вкойодимью результатов теоретичих и эериментальных ледований (мамальная ошибка между ретными и эериментальными величинами не превышала 5-10%), положительными результатами гдавенных и хозявенных ытаний новых машин. Апробация работы. овные положения, результаты ледования и разработок ождены и одобрены на объединенном зданиикций НТС МСХ СССР, Минживмаша и Гольхозтехники СССР (г.Гомель, 1979г.), на НТС Гольхозтехники СССР (г.Мва, 1982г.), на НТС Владимиой МИС (г. Покров, 1983, 1987г.), накции НТС ВНИИ-КОМЖ (г. Мва, 1983г.), накции НТС ВИСХОМ (г. Мва, 1983г.), на НТС Киргиой МИС (1987г.), Казаой МИС (1987г.), на НТС Мильхозпрода РФ (г. Мва, 1995г.), на научно-практичой конференции ВИМа (1997г.), на научно-практичой конференции МГАУ (1998г.). Публикации. По проблеме работы опубликовано 15 овных печатных работ, в том че 4 монографии, общим объемом 45,7 пл. и 1 а Объем публикаций лично автора по рматриваемой проблеме более 27 п.л.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Состояние проблемы и задачи исследования

Основным видом грубого корма в зимних рационах скота является сено - корм, полученный в результате обезвоживания трав воздушно-солнечной сушкой до влажности 16%-18%.

Технологические операции заготовки сена можно разделить на две части: первая охватывает операции по скашиванию трав, плющению, ворошению и формированию валков, вторая - операции по подбору сена из валков, транспортировке и укладке его на хранение. Последняя в зависимости от технологии предусматривает заготовку рассыпного сена, измельченного и в прессованном виде.

Недостаток технологии заготовки рассыпного сена заключается в многочисленных промежуточных операциях от копнения до доставки сена к фермам, при которых происходят потери листьев и соцветий. Из-за больших затрат ручного труда эта технология за рубежом не применяется и находит ограниченное применение в РФ.

Резко сокращаются потери питательных веществ, при подборе валков подборщиками - полуприцепами. Эти агрегаты осуществляют подбор массы из валков, загрузку ее в кузов с подпрессовкой и транспортировку к местам хранения или скармливания. Проведенные испытания показали, что сравнение этой технологии с копенной потери питательных веществ уменьшаются в 2,5-3 раза; затраты труда на заготовку тонны сена снижаются в 2,0-2,5 раза. Однако технология заготовки грубых кормов подборщиками-полуприцепами эффективна [1, 9] при небольших расстояниях транспортировки (3-5 км).

Наибольшее распространение в мировой практике и в России в настоящее время получили технологии заготовки сена в прессованном виде. По этим технологиям масса из валков подбирается пресс-подборщиками, прессуется в тюки или в рулоны, которые загружаются в транспортные средства, перевозятся к месту хранения и укладываются в скирды. Недостатком технологии прессования в рулоны является то, что досушка сена в рулонах затруднена, поэтому рулоны приходится прессовать при пониженной влажности, что приводит к некоторому увеличению потерь сена.

В последнее десятилетие в мировой практике [9, 14] широкое распространение получает технология заготовки грубых кормов в прямоугольных тюках массой 300-500 кг.

Предварительный технико-экономический анализ показал, что наименьшие трудозатраты при заготовке сена в прессованном виде получаются при уборке его крупногабаритными пресс-подборщиками. Прессование сена в крупные прямоугольные тюки плотностью до 120 кг/м3 дает возможность заготавливать сено повышенной влажности (до 35%) с последующей досушкой его активным вентилированием [2, 3].

Технология заготовки сена и соломы в крупногабаритных тюках применяется в сельском хозяйстве США, Канады, Западной Европы. Выпуском пресс-подборщиков для такой технологии заняты такие известные фирмы как "Нью-Холланд", "Массей-Фергюсон", "Джон Дир", "Клаас". "Фортшриг", "Кроне" и др. [10].

Эффективность технологии заготовки кормов в крупных прямоугольных тюках обеспечивается высокой производительностью пресс-подборщика, пропускная способность которого 10-15 кг/с. Такой пропускной способности можно достичь за счет увеличения массы подбираемого валка.

Получение кормов высокого качества зависит от равномерной влажности подбираемой массы. Для равномерной и интенсивной сушки массы в валке его необходимо оборачивать с одновременным вспушиванием, при этом следует обеспечить максимальную сохранность листьев и соцветий.

Анализ машин и устройств для оборачивания и совмещения валков показал [4], что наиболее эффективным является шнековый валкооборачи-ватель, который также может производить совмещение двух-трех валков.

Из сказанного следует, что операции совмещения и оборачивания валков являются обязательными в технологии заготовки грубых кормов в крупных прямоугольных тюках, что повышает производительность пресс-подборщика, сокращает длительность и обеспечивает равномерность сушки трав, снизив тем самым потери питательных веществ. На рис. 1 представлена структурная схема реализации технологий заготовки грубых кормов в крупногабаритных прямоугольных тюках.

В соответствии с изложенным, научная проблема сформулирована как разработка ресурсосберегающей технологии и машин для заготовки грубых кормов в крупных прямоугольных тюках.

В рамках этой проблемы совокупность выполненных работ состояла из решения следующих задач исследования:

- обосновать технологию и агротехнические требования уборки грубых кормов в крупногабаритных тюках с оборачиванием и совмещением валков;

- определить оптимальные соотношения геометрических и кинематических параметров шнека валкооборачивателя;

- определить параметры валков, образованных шнековым вапкообразова-телем и оценить динамику сушки трав в валке после оборачивания и сдваивания; В 81 о Ч. I 2 в в

§ В«о.нса. жео. а В'чёчбч а 13- й

Рис. I. Структурная схема реализации технологии заготовки грубых кормов в крупногабаритных прямоугольных тюках

- разработать методику расчета параметров шнекового валкооборачива-теля (определить силовые и энергетические параметры шнекового обора-чивателя-сдваивателя);

- оценить эффективность шнекового валкооборачивателя в сравнении с существующими средствами формирующими и оборачивающими валок;

- обосновать математическую модель процесса прессования грубых кормов в крупногабаритной прессовальной камере с учетом сил инерции и релаксации напряжений;

- разработать методику технологического расчета и выбора конструктивных параметров пресс-подборщика крупногабаритных тюков;

- провести лабораторные и полевые исследования установок и опытных образцов в хозяйствах и на МИС;

- оценить экономическую эффективность разработанной технологии и технических средств.

На защиту выносятся:

- теория оборачивания и сдваивания валка шнековым валкооборачивате-лем и методика расчета его параметров и режимов работы;

- закономерности уплотнения грубых кормов в крупногабаритной прессовальной камере;

- методики расчета основных параметров прессования грубых кормов в крупногабаритной прямоугольной камере и конструктивных параметров пресс-подборщика.

- технологические и экономические показатели уборки трав на сено с оборачиванием, сдваиванием валков и формированием крупногабаритных тюков.

2. Оборачивание и совмещение валков шнековым валкооборачивателем

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Шпилько, Анатолий Васильевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Оборачивание валков ускоряет сушку трав, снижает потери питательных веществ, а совмещение валков повышает производительность и уменьшает число проходов по полю машин на подборе.

2. Валкооборачиватель должен удовлетворять следующим основным требованиям:

- обеспечивать оборачивание и совмещение валков, образованных из све-жескошенных и подвяленных трав, а также соломы, мощностью до 10 кг/пог.м;

- оборачивание валка должно осуществляться на 180°, при этом снижение объемной массы в валке должно быть не менее, чем на 30%;

- поперечное сечение валка после оборачивания должно быть близко к прямоугольному с шириной 1,2-1,8 м.

3. Шнековые валкооборачиватели сокращают до 20% механические потери и обеспечивают необходимую структуру валка.

4. Абсолютная скорость перемещения материала шнеком зависит от его радиуса, частоты вращения и угла подъема винтовой линии, частоты вращения шнека и положения материала в корпусе шнека; дальность и время полета материала после схода со шнека зависит от его параметров, режимов работы, скорости движения машины и сопротивления воздушной среды; мощность, необходимая дня привода валкооборачи-вателя, зависит от параметров и режимов работы подборщика и шнека, а также от подачи материала.

5. Шнековый валкооборачиватель с однозаходным шнеком обеспечивает получение валков, равномерных по ширине, высоте и распределению массы. Плотность массы в валке после оборачивания снижается на 30%, что обеспечивает быструю равномерную сушку валка. Вариация влажности травы в валке от средней не превышает ±2,5%.

Ширина и высота валка после оборачивания его шнековым валкообо-рачивателем зависят от частоты вращения шнека, скорости движения машины и положения валкооборазующего щитка. С увеличением частоты вращения шнека увеличивается ширина валка и уменьшается его высота. Увеличение скорости движения машины приводит к уменьшению ширины валка и увеличению его высоты. Уменьшение расстояния от конца шнека до валкообразующего щитка ведет к уменьшению ширины формируемого валка и увеличению его высоты.

6. Предлагаемая технология заготовки грубых кормов в крупногабаритных тюках по сравнению с традиционной позволяет значительно упростить механизацию погрузочно-транспортных работ, полностью исключить затраты ручного труда и заготавливать сено высокого качества, особенно из бобовых трав. Прямоточная подача материала в прессовальную камеру, позволяет сократить потери наиболее ценных частей растений - листьев и соцветий при их транспортировании. Возможность регулирования плотности прессования позволяет заготавливать массу повышенной влажности, что в сочетании с методом активного вентилирования тюков резко сокращает сроки уборки кормов.

7. При прессовании крупногабаритных тюков массой до 500 кг деформация материала сопровождается перемещением значительных масс, что приводит к появлению различных по величине ускорений и требует учета инерционных сил. В процессе прессования грубых кормов абсолютный прирост напряжений складывается из увеличения их за счет деформации материала и одновременного уменьшения вследствие релаксации. Представив прессуемый материал комбинацией упруго-вязких элементов, обоснована математическая модель процесса прессования с учетом сил инерции и релаксации напряжений. Численная реализация предложенной математической модели процесса прессования произведена на ЭВМ и подтверждена экспериментальными исследованиями.

8. Экспериментально установлена функциональная связь между силами инерции и трения, подтверждено допущение о конечной величине скорости передачи деформации в материале, обуславливающей пространственно-временную неоднородность процесса прессования. С увеличением влажности прессуемых материалов их модуль объемной деформации уменьшается, а объемный модуль вязкого сопротивления увеличивается. Релаксация напряжений существенно зависит от вида прессуемых материалов и их влажности, при увеличении которой скорость релаксации напряжений уменьшается. Максимальные ошибки расчетных и экспериментальных данных составили от 1,3 до 10%, при этом меньшие значения ошибок получены при расчетах давления поршня с учетом сил инерции.

9. Полевые испытания пресс-подборщика крупногабаритных тюков с прессовальной камерой закрытого типа показали, что удельная работа прессования при условии одинаковой начальной плотности материала зависит от его вида, влажности, скорости прессования и плотности материала. Удельная работа прессования возрастает с уменьшением влажности удельного материала.

10. По результатам теоретических и экспериментальных исследований разработан первый отечественный пресс-подборщик ПКТ-Ф-2,0 дня заготовки грубых кормов в крупногабаритных прямоугольных тюках. Испытаниями пресс-подборщика ПКТ-Ф-2,0 на ряде МИС установлено:

- заготовка грубых кормов в крупногабаритных прямоугольных тюках позволяет полностью исключить использование ручного труда на операциях подбора и складирования тюков;

- среднее содержание каротина в крупногабаритных тюках составляет 20,50 мг/кг против 17,90 в традиционных тюках и 17,30 мг/кг - в рулонах;

- регулируемая плотность прессования позволяет заготавливать грубый корм повышенной влажности (до 35%) и досушивать тюки методом активного вентилирования. И. На основании результатов испытаний государственной приемочной комиссией рекомендовано поставить на производство пресс-подборщик крупногабаритных тюков ПКТ-Ф-2,0.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук в форме науч. докл. Шпилько, Анатолий Васильевич, 1998 год

1. Технология и машины для заготовки грубых кормов в крупных прямоугольных тюках. (Монография).-М.: ИНФРА-М, 1998. 262 с.

2. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники (Монография). Кол. авторов под рук. к.т.н. Шпилько A.B. М.: Минсельхозпрод РФ, ВНИИ экономики с.-х., 1998. - 219 с.

3. Приспособление для оборачивания и совмещения валков. //Механизация и электрификация с.-х. 1979, №11,с. 48-49.

4. Энергетические показатели работы шнекового валкообразователя. //Экспресс-информация. Методы и организация испытаний с.-х. техники.- М.: ЦНИИТЭИ Госкомсельхозтехники СССР, вып. 6, 1982, с. 1-7. (в соавторстве).

5. Транспортирование листостебельной массы и ее движение в воздухе при оборачивании валка. //В кн.: Труды ВНИИКОМЖ, М„ ОНТИ ВНИИ-КОМЖ. 1983, с. 242-252.

6. Транспортирование листостебельной массы шнеком при оборачивании валка, //Механизация и электрификация с.-х., 1983, №12, с. 15-16.

7. Оборачиватель валков. A.C. № 891021, Бюл. изобр., № 47, 1981 (соавторы Ермачков В.Г., Корнеев А.Б., Счастливый А.Я).

8. Федеральная система технологий и технических средств для растениеводства. Минсельхозпрод РФ., М., 1995. 120 С. (в соавторстве).

9. Техника для заготовки кормов в крупногабаритных тюках. //Механизация и электрификация с.-х. 1997, № 8, с. 14-16.

10. Производительность крупногабаритных пресс-подборщиков. //Тракторы и сельхозмашины, 1997, № 8, с. 29-30.

11. К расчету пресс-подборщика крупногабаритных тюков. //Тракторы и сельхозмашины, 1997, № 9, с. 31.

12. Исследование процесса прессования грубых кормов. //Механизация и электрификация с.-х., 1997, № 10, с. 27-30.

13. Создание техники нового поколения для растениеводства (в соавторстве). Тракторы и сельхозмашины, 1998, № 3, с. 17-20 и № 4, с. 2-4.

14. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. Машиностроение. Энциклопедия, том. IV-16-Сельскохозяйственные машины и оборудование. М, 1998 г.

15. Бумага писчая Усл.-печ.л. 2,51. Заказ № ¿3 Тираж 100

16. Ротапринт Московского государственного агроинженерного университета им.В.П.Горячкина, 127550, Москва, Тимирязевская, 58