Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 9
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Технологии заготовки и хранения консервированных кормов 16
Общая характеристика силоса и сенажа 16
Условия получения кормов высокого качества 17
Хранилища силоса и сенажа 21
Выемка корма из хранилищ 26
Способы и механизированные средства выемки консервированных кормов из траншейных хранилищ 27
Выбор критерия оценки эффективности универсальных погрузчиков на выемке силоса 59
Анализ разработок и исследований по механизации выемки консервированных кормов из траншейных хранилищ 62
Анализ исследований рабочих органов для блочно-порционной выемки консервированных кормов 66
Анализ исследований режущих органов для стебельных культур ..72
Выводы, цель и задачи исследований 75
2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И КОНСТРУКЦИЙ
ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ВЫЕМКИ КОНСЕРВИРОВАННЫХ
КОРМОВ ИЗ ХРАНИЛИЩ
Технология блочной выемки силоса и сенажа 78
Технические средства выемки консервированных кормов 80
Рабочий орган с черенковым ножом 80
Рабочий орган с составным черенковым ножом 83
2.2.2.1. Конструкция и условия работы ножа 84
2.2.3: Рабочий орган с двойным черенковым ножом 87
2.2.3.1. Конструкция и условия работы ножа 93
Рабочий орган со складывающимся ножом 95
Рабочие органы "аллигаторного" типа 98
Теоретическая производительность погрузчиков силоса и сенажа 101
Выводы 109
3, ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ БЛОЧНОЙ ВЫЕМКИ КОНСЕРВИРОВАННЫХ КОРМОВ
3.1. Энергоемкость отделения консервированного корма 113
Затраты энергии на внедрение зубьев вил 114
Энергозатраты на технологический процесс резания консервированного корма 119
Особенности резания лезвием растительных материалов 119
Реологическая модель силосного массива 120
3:2. Операция резания силоса и сенажа черенковым ножом 123
3.211. Сопротивление на кромке лезвия ножа 125
312.2. Кинематическая трансформация остроты и угла заточки
режущей кромки ножа 125
3.2.3. Сопротивление внедрению фасок ножа 129
3.2.41 Сила трения материала о фаску 133
3.2.5. Сопротивление перемещению ножа от сил обжатия 135
3.3. Теоретические исследования взаимодействия
составного ножа с материалом 135
Механизм взаимодействия ножа с массивом* 138
Сопротивления перемещению ножа в материале 140
3.3.2.1. Сопротивление внедрению фасок лезвия режущего
элемента и несущей пластины ножа 140
313.2.2. Силы трения материала о фаски лезвия режущего
элемента и несущей пластины ножа 144
3.3.2.3. Сопротивление перемещению ножа от сил обжатия 145
3.3;3; Графическое отображение мощности на операцию резания 145
3.4. Затраты энергии и мощность на резание кормового
массива двойным ножом 146
Механизм взаимодействия ножа с материалом 147
Сопротивления перемещению ножа в материале 154
3.4.2.1. Сопротивление внедрению фаски лезвия ножа 154
Силы трения материала о фаску лезвия ножа 157
Сопротивление внедрению боковой поверхности
зуба ножа 158
Сила трения о боковую поверхность зуба ножа 160
Сопротивление перемещению ножа от сил обжатия 161
Сила трения, возникающая между частями ножа
от сил обжатия материала 162
3.4.9. Графическое отображение мощности на операцию резания 162
3.5. Энергозатраты на резание П-образной режущей рамкой 165
3.5.1; Кинематическое исследование рабочего органа 165
Энергозатраты на резание кормового блока 167
Уравнения плоскостей фасок режущих элементов и несущих
зубьев 168
3.5.4. Сопротивления перемещению П-образной несущей рамки 169
Сопротивление на режущих кромках 169
Сопротивление на фасках режущих и несущих элементов 170
Сопротивление от сил трения на поверхностях
элементов рабочего органа 171
3.5.4.4. Сопротивление перемещению рамки от сил обжатия 172
3.5.5. Графическое отображение энергозатрат на отделение
кормового блока 172
Энергозатраты на операцию отрыва блока 172
Выводы 177
4. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1. Исследование физико-механических свойств
консервированных кормов 178
Программа исследований 178
Методика исследований физико-механических свойств консервированных кормов 179
4.2. Исследование технологических свойств массива 185
4.2.1. Определение удельного сопротивления резанию 185
Методика экспериментальных исследований 185
Удельная работа резания 187
4.2.2. Методика исследований удельного сопротивления
динамическому резанию силосного массива 188
4.3. Методика проведения лабораторно-полевых
экспериментальных исследований 190
Программа исследований 190
Экспериментальная установка для исследования зубьев вил 190
4.3.2. Экспериментальная установка для исследования
черенковых ножей 199
4.4; Тарирование средств измерения 208
4.4.1. Определение погрешности средств измерения 210
Методика обработки опытных данных 213
Методика производственных испытаний погрузочных средств для блочной выемки консервированных кормов
из траншейных хранилищ 214
4.7. Выводы 216
5: РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
5.1. Результаты исследований физико-механических свойств
силоса и сенажа 217
Плотность и влажность консервированного корма 217
Сопротивление разрыву, сдвигу кормового массива 219
Зависимость сопротивления сжатию и коэффициента
трения от деформации 220
Удельное сопротивление резанию кормового массива 222
Результаты исследований статического удельного сопротивления резанию силоса и сенажа 224
5.2. Анализ энергоемкости рабочего процесса 225
5.2.1. Влияние угла заострения конуса и глубины погружения
вил на усилие и энергозатраты внедрения 225
5.3. Мощность на резание 230
Испытание ножей на работоспособность 230
Мощность резания черенковым двухфасковым ножом 232
Мощность привода механизма резания составным ножом 234
Мощность на резание силосного массива двойным
ножом 236
Мощность на подачу механизма резания 238
Усилие, энергозатраты и удельные энергозатраты на
резание кормового блока П-образной рамкой 242
Усилие и работа отрыва блока по основанию 245
Энергозатраты процесса отделения корма блоками 246
Выводы 247
6. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ БЛОЧНОЙ ВЫЕМКИ КОНСЕРВИРОВАННЫХ КОРМОВ
Методика производственных испытаний погрузчиков для блочной выемки консервированных кормов 250
Производственные испытания рабочего органа
погрузчика с черенковым ножом 251
Влияние технологических факторов на объем и массу кормового блока 257
Анализ времени цикла погрузчика 258
Результаты производственных испытаний опытного
образца рабочего органа с составным ножом 260
6.6. Результаты производственных испытаний опытного
образца погрузчика с двойным черенковым ножом 264
6.6.1. Анализ времени рабочего цикла .267
6.7. Производственные испытания погрузчика с рабочим органом
отрезающего типа 269
6.7.1. Обоснование конструктивных элементов рабочего
органа погрузчика 276
6.8. Внедрение разработок в производство 278
6.9. Экономическая оценка погрузчиков консервированных
кормов 279
6.9.1. Экономическая эффективность производства и использования
рабочего органа погрузчика с черенковым ножом 280
6.9.2. Расчет экономической эффективности по качеству продукции ..281
6.10. Выводы 281
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 282
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 285
ПРИЛОЖЕНИЯ 306
Введение к работе
Первоочередная задача, стоящая* перед сельскохозяйственным производством, - полное удовлетворение потребностей населения в разнообразных и полноценных отечественных продуктах питания; в том числе и, животного происхождения. Животноводство - одна из важнейших отраслей сельского хозяйства, удовлетворяющих потребности населения в продуктах питания; а также обеспечивающих сырьем различные отрасли промышленности. Одним из; условий успешного его развития является создание прочной кормовой базы и, в частности, увеличение производства и сохранности консервированных кормов.
В сельском хозяйстве большинства зарубежных стран важное значение придается повышению эффективности использования кормов, в том числе силоса. В России и странах Западной Европы в настоящее время силос и сенаж закладывают главным образом в наземные облицованные траншейные хранилища. При использовании'этих хранилищ необходимо на всех стадиях от заготовки до скармливания животным устранить потери корма, сохранить его высокие питательные качества. G этих позиций слабым звеном в технологической линии кормления животных является операция выемки корма из хранилищ.
В сельскохозяйственной практике России на выемке консервированных кормов повсеместно применяются грейферные и фронтальные погрузчики ПЭ-0,8Б, ПЭА-Ф-1,0А, ПКУ-0,8; СНУ-550. Они имеют существенный недостаток - разрыхляют остающийся в хранилище корм. В разрыхленные слои проникает воздух и начинается; интенсивное окисление силоса, сенажа. Это ведет снижению питательности корма на 8... 13%, сухого вещества - до 30%, каротина - 40...60%, переваримого протеина - 6...8%, содержание аммиака повышается в 2,5... 3 раза. Поэтому универсальные фронтальные и грейферные погрузчики с серийными рабочими органами нельзя считать эффектив-
ными на выемке консервированных кормов и необходимо рассматривать их применение на этой операции как вынужденную меру.
Требованию сохранности качества консервированных кормов при выемке наиболее полно отвечают способы фрезерования и сгребания. Отделение массы корма рабочими органами фрезерующего и сгребающего типов осуществляется при вращательно-поступательном движении фрезбарабана или цепочно-планчатого отделителя. Режущие элементы барабанов отделяют корм от массива в виде стружки, дополнительно его измельчая и расщепляя. В связи с этим способы отделения корма фрезерованием и сгребанием весьма энергоемки. Энергоемкость фрезерования составляет 3400...3700 Дж/кг, сгребания - 260...300 Дж/кг. Погрузчики; фрезерующего и сгребающего типов отечественная промышленность в настоящее время не выпускает.
В сельскохозяйственной практике большинства стран Западной Европы1 широкое распространение получил способ блочной выемки силоса вырезанием- порциями в виде: прямоугольных призм. При нем исключаются потери7 корма из-за вторичной*ферментации, так как не нарушается целостность^остающегося в хранилище массива и по вертикальной, и по горизонтальной поверхностям. Все это делает последний способ наиболее перспективным. Однако исследований погрузочных средств для блочной выемки. консервированных кормов в отечественной практике недостаточно. В связи с этим создание экономичных высокопроизводительных погрузочных средств для выемки консервированных кормов из траншейных хранилищ, в полной мере; отвечающих агрозоотехническим требованиям, представляет собой актуальную научную проблему народнохозяйственного значения, решение которой обеспечит повышение уровня механизации погрузочно-разгрузочных работ, качества кормов и снижение себестоимости сельскохозяйственной продукции.
Цель исследований - повышение эффективности технологического процесса блочной выемки консервированных кормов из траншейных храни-
лищ за счет совершенствования технических средств для погрузочно-разгрузочных операций.
Объект исследований — технологические процессы погрузочных машин; технологические операции захвата, отделения порций консервированных кормов и технические средства, их обеспечивающие.
Методы исследований включали аналитическое описание технологических процессов на основе известных законов и методов классической механики и і математического анализа;; моделирование в сочетании с математическим планированием экспериментов, получением уравнений регрессии; анализ размерностей; оценку достоверности и адекватности результатов: Экспериментальные исследования и производственные испытания разрабатываемых технических средств и процессов выполнены с использованием тензо- и динамометрирования, хронометража, стандартных и оригинальных методик, приборов и установок с последующей обработкой результатов с применением законов математической статистики с помощью ЭВМ:
Задачи исследований:
выполнить анализ условий хранения и выемки консервированных кормов и определить перспективные направления совершенствования средств выемки, обеспечивающие сохранение качества кормов;
исследовать факторы, влияющие на производительность средств выемки консервированных кормов;
разработать математические зависимости энергозатрат на рабочий процесс выемки корма с учетом его физико-механических свойств; конструктивных и кинематических параметров, режимов работы средств механизации блочной выемки консервированных кормов;
экспериментально определить влияние конструктивных параметров средств выемки и режимов их работы на энергоемкость отделения корма и выявить условия, обеспечивающие снижение энергоемкости рабочего процесса;
- разработать и обосновать конструктивно-технологические схемы ре
сурсосберегающих средств выемки консервированных кормов и дать их тех
нико-экономическую оценку.
На защиту выносятся научные положения и результаты:
- методический подход к обоснованию технологии отделения консерви
рованных кормов, обеспечивающей максимальное сохранение их качествен
ных показателей, с образованием минимальной поверхности резания;
- конструктивно-технологические схемы, оптимальные; параметры И:
режимы работы технических средств для блочно-порционной технологии вы
емки консервированных кормов из траншейных хранилищ;
теоретические зависимости для обоснования производительности погрузочных средств с учетом технологических факторов, кинематических, геометрических параметров погрузочных средств ш физико-механических свойств кормового массива;
математические модели взаимодействия рабочих органов с кормовым массивом, раскрывающих сущность технологических процессов захвата, отделения и отрыва кормовых блоков и энергозатраты на их осуществление;
результаты экспериментальных исследований и технологические факторы повышения производительности и снижения энергоемкости выемки консервированных кормов, методика проектирования и;инженерного расчета рабочих органов фронтальных погрузчиков для блочно-порционной выемки консервированных кормов с; учетом их технологических свойств, методика определения качественного показателя эффективности выполнения операции отделения.
Научная новизна работы: Научную новизну составляют технологическая схема блочной выемки консервированных кормов из траншейных хранилищ, конструктивно-технологические схемы средств выемки, теоретические зависимости производительности погрузочных средств от геометрических и кинематических параметров рабочих органов, зависимости усилий и энерго-
затрат внедрения зубьев вил в кормовой массив, резания силосного и сенаж-ного массивов режущими органами и отрыва блока' от массива с учетом параметров отдельных элементов рабочих органов и; физико-механических свойств массивов.
Практическая ценность: Совокупность выполненных исследований и теоретических обобщений! позволяет решить проблему выемки консервированных кормов из траншейных хранилищ без снижения их качественных показателей! путем использования разработанных технических средств к универсальным фронтальным погрузчикам;
Предложенные в диссертации технические решения защищены 4 авторскими свидетельствами, 13 патентами Российской Федерации на изобретения, 1 свидетельством на полезную модель.
Апробация работы:- Основные положения- диссертационной работы докладывались и обсуждались- ежегодно с 1985 по 2003 гг на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СИМСХ, СГАУ; Республиканской конференции "Вклад молодых ученых и специалистов в ускорение экономического развития агропромышленного комплекса", г. Волгоград, 1988 г; Всесоюзной научно-практической: конференции "Интенсификация сельскохозяйственного производства в условиях: радикальной экономической реформы", г. Сумы, 1989 г; областной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов сельского хозяйства "Роль молодых ученых в интенсификации - сельскохозяйственного, производства", г. Куйбышев, 1989 г; Международной научно-практической конференции "Развитие села ш социальная политика в условиях рыночной экономики", посвященной 70-летию МГАУ им; ВЛХГорячкина, г. Москва, 2000 г; Международной научно-практической конференции; "Актуальные проблемы научного обеспечения< увеличения производства, повышения* качества кормов и эффективного их использования", г. Краснодар, 2001г; Международной научно-практической конференции "Земледельческая механика в
растениеводстве", г. Москва, ВИМ, 200 Г г, XLI научно-технической конференции Челябинского государственного агроинженерного университета, г. Челябинск, 2002 г., научно-практической конференции "Инженерная наука сельскохозяйственному производству", г. Киров, 2002 г; П Российской научно-практической конференции: "Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном? комплексе", г. Ставрополь, 2003 г.; Техническом совете отдела механизированных технологий по производству молока и говядины Всероссийского научно-исследовательского ипроектно-технологического института механизации животноводства (ВНИИМЖ), 2003 г.; в конструкторском отделе кормоуборочных машин, машин для уборки кукурузы «и погрузчиков ГСКБ "Ростсельмаш", г. Ростов-на-Дону, 2001 г; Техническом Совете ОАО "Сельмаш-Урюпинск", г. Урюпинск, 200Г г; Научно-техническом Совете ОАО "Липецкий тракторостроительный завод", г. Липецк, 2001 г; Техническом Совете OFK ОАО "Сальсксельмаш", п. Гигант Ростовской области, 2001 г, где получили одобрение и рекомендации к дальнейшему их внедрению в производство.
Реализация результатов исследований: Технические средства механизации блочно-порционной выемки силоса и сенажа внедрены в ряде хозяйств Саратовской, Ростовской, Воронежской, Московской, Ленинградской, Ивановской, Кировской, Тверской, Липецкой областей, Ставропольского ш Краснодарского краев. Рекомендации по использованию результатов исследований заслушаны и одобрены на Научно-техническом совете ОАО "Липецкий тракторостроительный завод", Техническом совете ОАО "Сельмаш-Урюпинск", г.Уркшинск Волгоградской; области, OFK ОАО "Сальсксельмаш", пХигант Ростовской области. ОАО "Сальсксельмаш" в 2002 г освоено серийное производство рабочих органов "аллигаторного" типа к выпускаемым предприятием погрузчикам ПКУ-0,8. Результаты работы экспонировались на Международных выставках "Интерагромаш 2002", "Интерагромаш 2003" в г. Ростов-на-Дону, "Золотая осень", 2003 г в г. Москва., агропромыш-
ленных выставках "Юг-агропром" в г. Краснодар 2002, 2003 гг, "Центр-агромаш" в г. Воронеж в 2003 г.
Результаты исследований используются в учебном процессе при курсовом и дипломном проектировании.
Комплекты технической документации заложены в фонд Саратовского ЦНТИ и разосланы по заявкам хозяйств и организаций области и России.
Публикации: По материалам диссертации опубликовано 67 научных работ, в том числе в центральной печати 35, работ, опубликованных в изданиях, поименованных в списке ВАК Минобразования и науки РФ 4, 17 описаний к авторским свидетельствам и патентам на изобретения, монография. Общий объем публикаций 33,0 п. л., из которых на долю автора приходится 17,8 п.л.
В работе использованы материалы исследований и обобщений автора и результаты, полученные совместно с сотрудниками кафедры «Детали машин и подъемно-транспортные машины» СГАУ им. Н.И. Вавилова: аспирантов А.А. Толкалова, С.А. Макарова, И.В. Мефокова, работавших под научным руководством автора
Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Общий объем составляет 420 с. машинописного текста, содержит 12 таблиц, 147 иллюстраций, 36 приложений. Список использованной литературы включает 213 наименований, в том числе 36 - на иностранных языках.
