Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследований 10
1.1 Значение уплотнения в процессе производства силоса 10
1.2 Состояние исследований процесса уплотнения 11
1.3 Механизация процесса уплотнения 19
1.4 Контроль параметров монолита в процессе уплотнения 28
1.5 Выводы и задачи исследования 37
2 Теоретический Анализ Процесса Уплотнения 40
2.1 Общие закономерности деформирования упруго-вязких материалов 40
2.2 Пространственная модель процесса взаимодействия опорной поверхности с монолитом 46
2.3 Эшелонное нагружение монолита 52
2.4 Производительность и энергетика процесса упорядочения поверхностного слоя 61
2.5 Выводы 67
3 Программа и методика экспериментальных сследований 68
3.1 Цель и задачи экспериментального исследования 68
3.2 Описание приборов и экспериментальной установки для проведения исследования 68
3.2.1 Определение механического состава силосуемого сырья 68
3.2.2 Определение влажности силосуемого сырья 69
3.2.3 Определение коэффициентов трения 70
3.2.4 Определение сопротивления на разрыв, сдвиг и сгребанию частиц со свободной поверхности монолита 71
3.2.5 Контроль скважности силосуемой массы в лабораторных и полевых исследованиях 73
3.2.6 Определение плотности силосуемой массы 75
3.2.7 Определение угла естественного откоса 76
3.2.8 Определение времени релаксации напряжений 76
3.2.9 Определение мгновенного и длительного модулей упругости 77
3.2.10 Определение коэффициента вязкости 80
3.2.11 Определение угла укладки силосного монолита 80
3.3 Методика обработки результатов эксперимента 89
3.3.1 Обработка результатов лабораторного эксперимента 89
3.3.2 Обработка результатов полевого эксперимента 91
3.4 Оценка производительности мобильного трамбовщика с адаптером 91
4 Результаты экспериментальных исследований 94
4.1 Физико-механические и технологические свойства 94
4.1.1 Фрикционные свойства и прочность монолита 96
4.1.2 Плотность монолита 102
4.1.3 Реологические свойства монолита 103
4.2 Определение параметров трамбовщика с адаптером 107
4.3 Экспериментальное определение производительности трамбовщика с адаптером 115
4.4 Методика инженерного расчета основных параметров и режима работы трамбовщика силоса с адаптером 124
4.5 Выводы 125
5 экономическая эффективность применения результатов Исследования 128
Общие выводы 137
Литература 139
Приложения 153
- Контроль параметров монолита в процессе уплотнения
- Производительность и энергетика процесса упорядочения поверхностного слоя
- Определение угла укладки силосного монолита
- Определение параметров трамбовщика с адаптером
Введение к работе
Главная экономическая цель сельского хозяйства - удовлетворение потребностей населения в продовольствии, а промышленности в сырье по возможности за счет собственного производства. Основные пути достижения этой цели - планомерное расширение производства, повышение производительности труда и снижение затрат на единицу продукции. Стоящие перед государством задачи могут быть решены на основе интенсификации сельского хозяйства, увеличения продукции растениеводства с единицы площади и снижения затрат кормов на единицу продукции животноводства. Основным направлением в достижении поставленной цели является повышение продуктивности скотоводства. Именно с развитием этой отрасли связано удовлетворение растущих потребностей населения не только в молоке и молочных продуктах, но и в мясе.
Перевод отрасли на индустриальную основу - важнейшая задача, стоящая перед животноводством развитых стран. Это требует решения целого комплекса проблем, основная из которых - создание устойчивой кормовой базы, разработка и внедрение в практику прогрессивных технологий производства и использования кормов.
Создание кормовой индустрии связано с крупными первоначальными капиталовложениями в машинное оборудование и средства автоматизации. Поэтому применение консервированного корма (силос, сенаж и т.д.) при производстве молока говядины, а также продукции овцеводства должно обеспечивать экономию концентратов.
Так только в пяти государствах (Россия, США, Англия, Франция и Германия) производство объемистых кормов приблизилось к миллиарду тонн и возрастает по мере совершенствования техники силосования /1,8/.
Ведутся обширные исследования, направленные на совершенствование технологии производства силоса и сенажа, улучшение качества и снижение потерь.
Накоплен значительный опыт по обоснованию сроков уборки, химическому и естественному подвяливанию, применению консервантов, выбору типа и емкости хранилищ /4-16/.
Интерес к этой технологии еще в большей степени возрастает в связи с низкой энергоемкостью, универсальностью и возможностью создания переходящих запасов кормов при круглогодовом скармливании силоса и сенажа при однотипном кормлении на обширной территории России /10-17/.
Основными звеньями механизированной технологии, позволяющей реализовать потенциальные возможности естественного консервирования, являются технические средства для заполнения хранилищ, уплотнения монолитов и разгрузки, обеспечивающие оптимальное протекание биохимических процессов и снижение до минимума устранимых потерь.
Вопросам создания такого рода механизмов, машин и рабочих органов посвящены работы таких выдающихся ученых как: В.П. Горячкин, В.А. Же-лиговский, М.Н. Летошнев, Е.М. Гутьяр. В дальнейшем эти идеи развиты в трудах Н.В. Сабликова, В.А. Зуева, СМ. Мельникова, Ю.Ф. Новикова, Е.И. Храпача, А.А. Омельченко, В.И. Фомина, Г.М. Кукты, Вопросами уплотнения сено-соломистых материалов занимались такие ученые как: И.П. Безруч-кин А.И. Нелюбов, Е.П. Мельников, М.А. Пустыгин, В.И. Особов, И.А. Долгов, С.А. Алферов, И.Я. Автомонов, О.Г. Ангелеев, П.Т. Колесников, В.В. Красников, A.M. Семенихин.
Значительно меньше исследований проведено в области процессов формирования монолитов, обеспечивающих устойчивое развитие анаэробной среды, отвечающих требованиям гарантированного протекания анаэробных процессов, монолитов с заданными механическими свойствами.
Полученные в настоящее время результаты в области механики силоса и сенажа в рамках факторного пространства технологии в целом существенно отстают от требований к этим процессам, сформированных биологической наукой /8/.
Игнорирование успехов биологии и химии естественного консервирования не позволяет решать задачу существенного совершенствования этой технологии, наиболее полно реализовать ее сберегающие возможности.
Важнейшим условием формирования анаэробной среды является интенсивное уплотнение монолитов в процессе заполнения горизонтальных силосных хранилищ.
Поэтому совершенствование процессов уплотнения монолитов с целью создания условий для консервирования сырья представляет собой сложную научно-техническую проблему в области биотехнических систем и процессов, и исследования в этой области являются актуальными.
Целью работы является обоснование параметров и режима работы мобильного трамбовщика силоса в горизонтальных хранилищах, обеспечивающего опережающее формирование покровного слоя повышенной плотности.
Объект исследования: технологический процесс уплотнения поверхностного слоя силосных монолитов в горизонтальных хранилищах, параметры и режимы работы мобильных трамбовщиков.
Предмет исследования: установление взаимосвязей между параметрами монолита и мобильного трамбовщика, в процессе опережающего уплотнения поверхностного слоя.
Методика исследования включала теоретический анализ процесса взаимодействия мобильного трамбовщика с силосными монолитами; взаимосвязей его параметров с рабочими органами; лабораторные и производственные исследования по обоснованию моделей процесса; статистическую оценку; оценку достоверности, адекватности и эффективности.
Реализация результатов исследования. Адаптер к энергосредствам класса 3 в течение 2003...2005 годов прошел производственную проверку в условиях силосных хранилищ молочно-товарных ферм ОНО ОПХ «Зерно-градское» и СПК АФ «Зерноградская» Зерноградского района Ростовской области.
Методика определения параметров стебельных монолитов и параметров трамбовщика используется в учебном процессе кафедры «Механизация и технология в животноводстве» Федерального государственного общеобразовательного учреждения высшего профессионального образования «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» при обучении студентов инженерных факультетов.
Научная новизна заключается в теоретическом описании зависимостей процесса направленного взаимодействия опорной поверхности мобильного трамбовщика с монолитом с учетом реологических свойств материала, обеспечивающих опережающее уплотнение поверхностного слоя и в создании принципиально новых технических устройств для реализации процесса уплотнения.
Научная гипотеза. Снижение затрат на производство и повышение качества готового силоса и сенажа в горизонтальных хранилищах может быть достигнуто за счет опережающего уплотнения поверхностного слоя монолита, обеспечивающего сохранение анаэробной атмосферы и снижения поступления атмосферного воздуха в поверхностный слой и фильтрации углекислого газа в атмосферу.
На защиту выносятся следующие основные положения:
объемная модель процесса направленного уплотнения поверхностного слоя;
теоретические и экспериментальные зависимости процесса уплотнения поверхностного слоя монолитов эшелонными поверхностями мобильного трамбовщика;
техническое средство для реализации процесса уплотнения поверхностного слоя монолитов;
методика инженерного расчета основных параметров рабочих органов мобильного трамбовщика.
Практическая ценность работы состоит:
в разработке теоретических зависимостей, функционирования объемной модели уплотнения поверхностного слоя монолита в горизонтальных силосохранилищах;
в реализации нового способа уплотнения поверхностного слоя (А.С. № 1813354) оригинальным техническим устройством (патент №2226338).
Апробация работы. Основные положения работы доложены на научно-технических конференциях ФГОУ ВПО АЧГАА в 2000 - 2006 годах, ВНИПТИМЭСХ в 2003 году, ФГОУ ВПО Ставропольского ГАУ в 2002 году, а также на Южно-Российском научно-техническом семинаре «Механика дискретных сред» в 2000 году и на международной конференции в ФГОУ ВПО ДонГАУ в 2004 году.
Публикация результатов исследования. По результатам исследования опубликованы 12 статей в сборниках научных трудов ФГОУ ВПО АЧГАА, ФГОУ ВПО ДонГАУ, ВНИПТИМЭСХ, а также в ежемесячном теоретическом и научно-практическом журнале «Механизация и электрификация сельского хозяйства». Получен один патент на изобретение.
Содержание работы. Диссертационная работа содержит введение, пять глав, общие выводы, библиографический список из 138 наименований, в том числе 4 на иностранных языках, и приложения на 22 страницах, которые включают патент на изобретение, расчетные таблицы и акты внедрения. Работа изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 64 рисунка, 23 таблицы.
Работа выполнена на кафедре «Механизация и технология животноводства» Федерального государственного общеобразовательного учреждения высшего профессионального образования «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия» (г. Зерноград Ростовской обл.), в соответствии с планом НИР академии.
Контроль параметров монолита в процессе уплотнения
Окончанию процесса формирования монолита независимо от степени завершенности структуры от начала укладки подстилающего слоя до покровного соответствует значительное время, в течении которого существенно изменяются физические параметры частиц и их образований. В следствии чего существует необходимость технологического контроля плотности во избежание лишних затрат времени и труда. В.И. Особов дал оценку скорости распространения деформации при ударе в сеносоломистых материалах /50/. При данном способе нагружения в уплотняемом материале возникает сложное поле напряжений, изменяющихся не только от точки к точке, как при статической нагрузке, но и в данной точке со временем.
Объясняется это тем, что на ударные нагрузки материал реагирует иначе, чем на статические. Такое свойство, как скорость распространения деформации, не имеющее значение при медленном нагружении, становится весьма важным при ударе. Действие ударной нагрузки не передается всем участкам уплотняемого слоя мгновенно, напряжение и деформации движутся в нем в виде волн сжатия и растяжения. Скорость их распространения зависит от плотности материала, его упругих свойств и равна скорости распространения продольных звуковых волн. Время удара должно быть больше времени распространения деформации. В этом случае уплотняемый материал успевает прореагировать на удар, и в результате многократных отражений волн от площади контакта и границ слоя поле напряжений в нем станет более однородным.
Автор предлагает измерять скорость распространения звуковых волн прозвучиванием, при котором упругий импульс распространяется вдоль образца, а прием его осуществляется на противоположном конце. В этом случае применяется два преобразователя-излучателя и приемник. Зная длину образца (т.е. расстояние между излучателем и приемником) и время прохождения звуковой волны через образец, определяют скорость распространения упругой звуковой волны. Таким же образом определяют скорость распространения поперечной волны, но для этого надо возбудить на торце образца поперечные волны. Для измерения времени распространения звукового импульса применяется ультразвуковой импульсный прибор УЗП-64 (рисунок 1.7).
По данным профессора И.В. Крачельского, СИ. Ванина удельный вес (плотность) сухого волокна древесины и лубоволокнистых материалов практически не зависит от вида растений и находится в пределах 1,3-1,6 т/м3. Принимая плотность воды (сока) 1 т/м3 и зная ее процентное содержание в силосуемой массе, легко определить плотность так называемой кормовой массы укорм (без воздуха). Однако удалить весь воздух, защемленный в волокнах растений, до того как исчезнет тургор, практически невозможно, да это и не требуется, так как воздух, защемленный в волокнах, не оказывает существенного влияния на бактериологический процесс заквашивания силоса. При сжатии силосуемой массы, измельченной и раздробленной, до каше-образного состояния под давлением около 700 кг/см в экспериментальных условиях не удалось уплотнить ее до плотности более, чем 0,8 - 1,0 т/м3. Поэтому для практических расчетов условная плотность предельного уплотнения силосуемой массы как до «сплошного материала» кормовой массы можно принять равным уусл=1 0 т/м .
Поскольку диффузия воздуха и газов в силосуемой массе зависит от соотношения объема пор и сплошного материала, то есть от коэффициента пористости є, его величиной наиболее целесообразно определять достаточную степень уплотнения силосуемой массы. На рисунке 1.8 показана зависимость коэффициента пористости с, относительной плотности Q = ylyya и пористости П при изменении плотности (объемного веса) силосуемой массы. Показано также удельное давление поршня, необходимое для сжатия массы в камере до плотности у.
Анализ зависимостей, представленных на рисунке 1.7, показывает, что при уплотнении силосуемой массы коэффициент пористости уменьшается весьма быстро. Насыпной объемный вес силосуемой массы, в зависимости от закладываемого сырья, составляет у0= 0,12 - 0,3 т/м3, є = б - 4. Конечное уплотнение, необходимое для протекания нормального силосования, характеризуется конечной плотностью ук = 0,5 - 0,7 т/м . Коэффициент пористости при этом изменяется более, чем в 6 - 10 раз по сравнению с насыпанной массой и равен 1 - 0,4. Следовательно, небольшие уплотнения приводят к резкому сокращению диффузии газов в массе. При таких условиях меньшее количество кислорода вступает в реакцию с живыми клетками растений, снижается «угар» и улучшаются условия силосования. При дальнейшем уплотнении потери снижаются незначительно.
По данным С.Я. Зафрена /6/ силосуемую массу необходимо уплотнять до ук = 0,5 - 0,7 т/м при условии последующей герметизации силоса, а при закладке в наземные бурты, курганы и т.п. без специального последующего укрытия силосуемую массу нужно в течении 3-4 дней доуплотнять. Требования последующего доуплотнения вполне объяснимо, если учесть, что по мере фильтрации сока в нижние слои силоса, испарения влаги и падения тургора вновь создаются условия для диффузии газов во внутренние слои силоса, и возобновляются процессы его самосогревания и «угар» питательных веществ.
Производительность и энергетика процесса упорядочения поверхностного слоя
В условиях производства и в соответствии с техническими условиями на приготовление консервированных кормов производительность планируется в зависимости от массы трамбовщика и характеризует его способность уплотнять поступающее с поля сырье до появления несущей способности минимально необходимого слоя. Далее, после прекращения подачи измельченной массы с поля, технологические условия предписывают непрерывное уплотнение в ночное время до начала следующей смены, независимо от количества смен, требуемых для заполнения хранилища. Эти требования связаны со спецификой формирования анаэробной атмосферы за счет удаления свежего воздуха из слоя, сформированного за предыдущую смену.
Более экономичным решением этой задачи является опережающее уплотнение поверхностного слоя, способного экранировать газовою среду монолита от атмосферного воздуха и препятствовать фильтрации его газовой среды в атмосферу до наступления следующего рабочего дня. Тогда число циклов z, необходимое для обработки открытой поверхности монолита, определяется как ее отношение к площади опорной поверхности трамбовщика с учетом коэффициента смещения, учитывающего защитные полосы у стен и между следами (проходами).
Кратность обработки открытой поверхности может быть определена в зависимости от технологических условий выполнения процесса уплотнения на активной его стадии и времени, необходимого для ее завершения. Из уравнения процесса (2.22; 2.23) имеем , &jln±J?L (263)
В реальных производственных условиях /?, изменяется в широких пределах и зависит от ботанического состава сырья, влажности, степени измельчения, равномерности распределения стебельной резки по объему хранилища. Эти параметры сырья влияют на коэффициент рассеивания энергии в монолите к, его прочностные показатели г и, в конечном счете, время достижения или необходимого приближения К Ру.
Таким образом производительность трамбовщика зависит от его опорной площади (2.68), скорости перемещения, размеров уплотняемой поверхности хранилища (2.61), реологических свойств измельченной массы (2.11), мгновенного и длительного модулей упругости (Н и Е), времени релаксации «п» и вязкости (к = п-Е), начальной и требуемой плотности кормового монолита с анаэробной атмосферой.
Указанные зависимости получены для условий, когда параметры материала, предположительно, величины постоянные. Как показали исследования /13, 14, 50/, а также результаты, полученные нами, реологические свойства материалов растительного происхождения являются функциями времени и два и более последовательных нагружения - прохода трамбовщика, после пауз, в лучшем случае приводят к эквидистантным результатам.
Поэтому экспериментально могут быть определены или подтверждены интегральные показатели работы трамбовщика и изменения технологических свойств монолитов в ожидаемом направлении, а энергетика процесса может оцениваться как со стороны технического средства, так и материала - его сопротивляемости внешним силам, способности рассеивать энергию, приводящую к повышению плотности и прочности.
Из уравнения процесса (2.23) его энергопотребление может быть определено простым решением относительно коэффициента пропорциональности в результате некоторых преобразований. Физический смысл равенства соответствует положениям объемной теории деформации при условии, что Q уже не весь объем, находящийся в границах опорной поверхности трамбовщика, а только та его часть, в пределах которой распространяются деформации. Более того, для равных изменений деформируемого объема этот расход энергии может быть сравним с работой, выполняемой «мертвым грузом», уложенным на поверхность монолита, в течение необходимого для достижения заданной плотности монолита в режиме a = const (2.3).
Для перемещения трамбовщика по поверхности монолита, обладающего необходимой несущей способностью, рабочие органы адаптера должны преодолевать сопротивление перекатыванию некоторого слоя h над несущей поверхностью ох (рисунок 2.12). 1-1 - статическое положение адаптера; 2-4 - положение поверхности монолита с увеличением рабочей скорости VQ. Для соответствующего времени th так как остановка трамбовщика соответствует уже другому режиму уплотнения. Таким образом, каждому vt будет соответствовать свое h и сопротивление движению.
Из теории деформирования сжимаемой среды опорными элементами движителей мобильных систем /63, 64/ сопротивление перекатыванию Ггру-зонесущего колеса определяется интегрированием усилия, приходящегося на элементарную площадку в направлении движения а - напряжения, создаваемые опорными поверхностями в зоне контакта с материалом. Зная закон изменения а в зоне контакта и величину эквивалентной площади (проекции по направлению движения), можно получить выражение для горизонтальной силы Т. Интегрированием (2.74) от 0 до h находим выражение для сопротивления перекатыванию. Для а = сг0 sin Z L.h . т = - k0 1-cos (2.75) где ко - коэффициент объемной деформации, Н/м3; сто - напряжение в зоне контакта цилиндра с поверхностью монолита по-еле уплотнения - несущая способность, Н/м . Тогда, дополнительная мощность, необходимая для перемещения z3 -элементов адаптера по поверхности монолита, составит N0=T-z3-oQ,Bm, (2.76) где z-з - число опорных элементов одинаковой геометрии. В случае их существенного различия по форме и величинам реакций (2.76) следует записать в виде N VTrZa-o Bm). (2.77) Приведенный анализ процессов взаимодействия рабочих элементов мобильного трамбовщика с монолитом и его поверхностным слоем позволяет сделать следующие выводы.
Определение угла укладки силосного монолита
Для определения угла укладки силосного монолита использовался контейнер (рисунок 3.9), и методика измерения заключалась в следующем. Контейнер заполнялся навеской силосной массы, после чего посредством винтового механизма проба подвергалась деформации до начала фиксации опорной призмы, затем контейнер опрокидывался и встряхивался, геометрические размеры полученной фигуры замерялись и заносились в таблицу.
В настоящее время отсутствуют методики, позволяющие достаточно точно контролировать зоны укладки частиц и механические параметры монолитов в процессе уплотнения. Поэтому нами была разработана методика опосредственной оценки плотности и прочности поверхностного слоя монолита уплотняемого адаптером. Известны зависимости сопротивления разрыву и усилия сгребания от плотности /133-136/. Однако испытание монолита в хранилище на растяжение связано с вырезанием образцов и нарушением его структуры. Поэтому была принята методика оценки плотности по усилию сгребания.
С этой целью в контейнер (рисунок 3.9) закладывалась проба, и по результатам взвешивания и габаритам контейнера с помощью винтового механизма задавалась необходимая плотность. После этого образец выдерживался в течении времени релаксации t 15 мин, освобождался от вертикальной нагрузки, которая приближалась к величине пропорциональной массе закладки, измерялась высота образца в сжатом и восстановленном состоянии через 7...9 минут, уточнялась плотность, и на поверхность образца накладывалась граблина (рисунок 3.2). Размеры образца позволяли сделать не более двух опытов. За поводок, в сторону съемной стенки контейнера граблина нагружалась с помощью динамометра ДС-0,2 ГОСТ 13837-68. Усилие трогания граблины с места записывалось в журнал. Плотность монолита задавалась в диапазоне 250...500 кг/м с интервалом 50 кг/м . По 5...6 повторностям определялись отклонения, уточнялось число повторностеи и производились статистические расчеты по стандартной методике. Результаты заносились в таблицу.
По результатам обработки измерений на 5 уровнях плотности строились зависимости Pc=f(p). Полученный график с учетом интерполяционной поправки использовался для оценки уплотнения поверхностного слоя в процессе уплотнения адаптером. Усилия сгребания и плотность монолита в зависимости от числа проходов и усилия на опорных элементах. На каждом режиме по одному следу проводились измерения с интервалом в 5 проходов, после чего менялось усилие и полоса движения адаптера. По результатам измерений, после статистической обработки, строились зависимости Р{=(п, р). Для экспериментального подтверждения полученных ранее теоретических зависимостей и реализации принципа уплотнения по АС №1813354 /34/ применительно к уплотнению поверхностного слоя силосного монолита, был изготовлен адаптер к трамбовщику силоса (рис ЗЛО), на который получен патент №2226338/75/.
Адаптер к трамбовщику силоса (рисунок 3.10) состоит из рамы 1, на которой в подшипниках 2, посредством цапф 3, установлен цилиндрический каток 4, представляющий собой герметичную емкость, на одной из его торцевых поверхностей расположена заливная горловина 5, предназначенная для залива балластной жидкости. По длине катка расположены полуцилиндрические сменяемые наплывы 6, чередующиеся по рядно с его гладкой поверхностью, которые в свою очередь располагаются в шахматном порядке с перекрытием.
Для определения шага и высоты наплывов адаптера были проведены измерения горизонтальных деформаций на поверхности монолита на начальных стадиях его уплотнения по ходу гладкого катка и перпендикулярно ему, то есть вдоль и поперек траншеи. Величина горизонтальных перемещений измерялась специальной линейкой с подвижными визирами, перемещение которых от исходного положения измерялось в мм. При движении трактора по поверхности монолита рычаг гидрораспределителя находился в плавающем положении. Гладкие поверхности цилиндрического катка (поверхности расположенные между рядами полуцилиндрических наплывов) обеспечивают статическое нагружение, в тоже время полуцилиндрические наплывы, путем чередования с гладкой поверхностью катка, совершают дополнительное нагружение поверхностного слоя монолита. В зависимости от толщины слоя (чем больше толщина, тем больше масса) для повышения интенсивности уплотнения изменялась масса катка путем залива балластной жидкости (воды). Для проведения полевого эксперимента и сравнительной оценки степени воздействия различных режимов уплотнения агрегата на поверхностный слой монолита строилась таррировочная характеристика.
Характеристикой агрегата (трактор ДТ-75М + навесной адаптер) являлась зависимость величины реакции катка адаптера на опорную поверхность от давления в гидросистеме трактора. Для построения этой зависимости в качестве измерительно-регулирующего прибора контроля и регулировки гидравлического давления использовали дроссель-расходомер (КИ-5473) 2 с манометром 1, подсоединенный к нагнетательному трубопроводу гидроцилиндра навески (рисунок 3.13). Для определения величины реакции исполь зовались автомобильные весы.
Методика тарировки заключалась в следующем: трактор устанавливается перед весами таким образом, что его гусеничный движитель находился на пандусе (рисунок 3.14), а адаптер располагался на весах, после чего при открытом дросселе клапан гидрораспределителя устанавливали в принудительное положение и начинали плавное перекрытие дросселя до достижения давления в гидросистеме соответствующей точки тарировки - 2,5, 4,0, 5,5, 7,0, 8,5, 10 мПа. Показания устанавливались по манометру дросселя-расходомера. После чего снимались показания с весов для всех точек с 3...5 кратной повторностью. Сначала со ступенчатым увеличением, а затем с уменьшением давления в гидросистеме и записью результатов. Для обеспечения достоверности полученных данных, перед проведением измерений масло в гидросистеме трактора прогревалось путем неоднократного подымания и опускания гидрофицированной навески с трамбовщиком.
Определение параметров трамбовщика с адаптером
Определение параметров трамбовщика с адаптером Для уточнения положения дополнительного опорного элемента относительно базы трактора были произведены измерения сопротивления сгребания с поверхностного слоя и времени инъекций в 1 и 2-х-метровый слой монолита по трем проходам с различной установкой катка и давлении в гидросистеме. Полученные данные заносились в таблицу 1 (Приложение 3). Усилие на катке не измерялось, так как давление в системе не менялось. В целях экономии площади монолита опыт проводился на участках длиной около 2-х метров, с интервалом 0,5 м между ними для исключения влияния последствий предыдущих нагружений. Смещение трамбовщика на очередной участок осуществлялось задним ходом с тем, чтобы обработанная зона не выбывала из режима постоянного уплотнения.
По полученным данным (таблица 1 Приложение 3) строился график зависимостей сопротивления сгребанию поверхностного слоя и величин времени инъекций на различных глубинах монолита от числа проходов (рисунок 4.10 - 4.11), что свидетельствует о наличии связи между ними. Интенсивность упрочнения поверхностного слоя возрастает (ДТ 75+АО) при установке на трамбовщике дополнительного опорного элемента, образующего дополнительный межмостовой просвет по ширине колеи трак тора. При этом монолит продолжает так же уплотняться более интенсивно в метровом горизонте. Дополнительным элементом служил гладкий каток адаптера, установленный на расстоянии 1 м от оси нижних шарниров навес ки. Из графиков зависимостей усилия сгребания Рс поверхностного слоя монолита от величины догружения катка адаптера и его расстояния до ниж по него шарнира (рисунок 4.12) подвески видно, что прочность поверхностного слоя возрастает с увеличением усилия догружения и снижается по мере удаления оси катка от опорной поверхности трактора. Причем, интенсивность упрочнения с увеличением усилия догружения снижается (приращение ординаты 10-15 кН заметно меньше приращения 5-10 кН). График зависимости для Ра=20 кН практически накладывается на Ра=15 кН ( Таблица 2 Приложение 8). Снижение пористости монолита в двухметровом горизонте наблюдалось на соизмеримом с предыдущим опытом уровне, с поправкой на разницу во времени суток. Очевидно так же, что каток адаптера необходимо приблизить на минимальное расстояние от энергосредства.
Как правило, исследователи механизированных технологий производства консервированных кормов приводят отдельно для разных условий результаты измерений Vi и дн и одновременно их не измеряют. Это не случайно, так как измерять распространение 8V возможно только на вертикальном разрезе со значительным искажением, так как это выделенный сегмент монолита. Тогда как измерить Зц в зависимости от 8Vmax - в тоже время вполне возможно без нарушения целостности монолита в хранилище.
На рисунке 4.14 по результатам измерений (таблица 1, Приложение 9) представлена графическая зависимость dVi и дц в окрестностях ходовой части мобильного трамбовщика на базе трактора ДТ-75, по ширине на различных стадиях уплотнения «суточного приклада» высотой (толщиной) слоя более трех метров в вершинной части. Из графиков зависимостей следует, что в начале уплотнения (ду z=2) имеет место глубинное проседание трамбовщика при ограниченном распространении ду за пределы его следа (305...310 мм) при дуо=260 мм.
Уплотнение велось со смещением трактора на половину колеи вперед-назад в течении 3-х часов после прекращения подвоза силосуемой массы. После 4-5 проходов несущая способность поверхности значительно возрастала, о чем свидетельствует график ду z=6. ду снизились с 0,26 мм до 0,11 мм более чем в 2,4 раза, при этом зона распространения деформации увеличилась с 0,33 м до 0,98 м, что свидетельствует о повышении механических параметров ар и тс монолита и выходе его на стадию упорядочения. Анализируя данные графика (рисунок 4.14 и Приложение И), можно установить связь между горизонтальной и вертикальной деформациями, для чего результаты анализа сведем в таблицу 4.9 и по полученным данным построим график.
Проанализировав полученные графические зависимости, можно сделать вывод, что сумма горизонтальной и вертикальной деформации в межмостовом просвете больше длины резки силосуемой массы, а следовательно имеет место эффект упорядочения, то есть идет заполнение вакантных объемов. При определении влияния шага наплывов на усилие сгребания (плотность поверхностного слоя монолита) было произведено увеличение длины контрольного участка. Каток адаптера был удален от нижних шарниров навески на максимальное расстояние - 1800 мм. Ширина просветов между двумя рядами наплывов составляла 300 мм. Наплывы в рядах были смещены на половину шага для имитации эшелона. Справа и слева от полосы заездов каток оставался гладким. Были замерены усилия сгребания в зависимости от шага наплыва, полученные данные занесены в таблицу 1 Приложения К, по результатам которых были построены графические зависимости (рисунок 4.16).
Из графика зависимости усилия сгребания от шага наплывов (рисунок 4.16) можно заключить, что оно снижается с увеличением шага и увеличивается с увеличением опорной реакции и числа проходов. Очевидно также, что при числе проходов z=3 и Р=15 кН, Рс=17,2 Н, а при числе проходов z=6 и Р=15 кН, Рс=28,1 Н, то есть z2/z/=2 соответствует отношение Рс2/ Pcj=l,63. Налицо также убывающий эффект равно как и между графиками зависимости Ре =/(0. с увеличением усилия на адаптере: между Р=75 кН и 17,5 кН приращение на шаге 220 мм составляло 25 Н, а между P=J7,5 кН и 20 кН менее одного.
Для определения степени влияния ширины просвета между продольными рядами наплывов на усилие сгребания со свободной поверхности поверхностного слоя монолита были выполнены измерения с варьированием ширины просвета для различной высоты наплыва. Параллельно производился контроль плотности монолита с помощью дренажера. Полученные данные заносились в таблицу 1 (Приложение Л). По полученным данным строились графические зависимости, которые наиболее наглядно позволяли судить о влиянии данного параметра трамбовщика на уплотнительно-упорядочивающий эффект (рисунок 4.16-4.18).
Условия проведения опыта были следующие: число проходов z=3; усилие на адаптере Р=15 кН; значения мгновенного и длительного модулей упругости Н=139 кПа, Е=117 кПа; шаг наплывов t=3hH. Из графика зависимости Рс от ширины просвета «в» между рядами наплывов на катке адаптера (рисунок 4.17) следует, что она имеет максимум в области e 3hH. Однако, при дальнейшем увеличении ширины просвета эффект от поперечного эшелонирования ослабевает и при в 4кц поверхность адаптера утрачивает свойства эшелонирования и усилия сгребания снижаются до уровня цилиндрической поверхности. Эффект поперечного эшелонирования можно поддерживать увеличением высоты наплывов. Однако, при высоте наплывов hH 150мм их шаг должен быть увеличен до 300...450 мм, а усилие догружения более 20 кН. В этом интервале эффект продольного эшелонирования ослабевает до уровня гладкой поверхности адаптера. Таким образом, геометрия поля (развертки) наплывов связана с их высотой, а эффект эшелонирования со средней длиной резки, так как hH 3lp, 3hn b 4hlt. Кроме того, увеличение высоты наплывов может приводить к нарушению контакта свободной поверхности монолита с цилиндрической поверхностью адаптера, что приводит к интенсивному насыщению свежим атмосферным воздухом зон упорядочения и нежелательному разогреву монолита. Из графиков (рисунок 4.17-4.18) также следует, что увеличение высоты при постоянном шаге наплывов снижает эффект упорядочения поверхностного слоя, так как графики функций Рс =ft(b) с увеличением высоты сближаются (Приложение Л). Кроме того, в первые дни заготовки силоса, когда влажность стебельного сырья находится на уровне (75 +2)% и длина частиц достаточно высока 1р 50мм попытка интенсификации уплотнения поверхностного слоя за счет наплывов hH=150 мм приводила к выдавливанию сока и насыщению рабочего горизонта свободной поверхностной влагой, что весьма не желательно. Показатель дренажа (tt() свидетельствует о незначительном росте времени инъекции на обоих горизонтах, так как усилие на адаптере было минимальным.
