Содержание к диссертации
Введение
1 Современное состояние вопроса по технологии заготовки сенажа в хранилища башенного типа и задачи исследования 8
1.1 Сущность процесса сенажирования трав 8
1.2 Качество сенажа, заготавливаемого в хозяйствах Тюменской области 9
1.3 Башенные хранилища для сенажа, их типы и характеристики ... 10
1.4 Оценка качества измельчения трав кормоуборочными комбайнами 15
1.5 Теория резания слоя растительных материалов лезвием 17
1.6 Закономерности процесса сжатия растительных материалов 21
1.7 Технические средства для выгрузки сенажа из башен 25
1.8 Основные выводы и задачи исследования 27
2 Теоретические исследования процессов резания слоя растительного материала, уплотнения насыпи измельченных трав и нижней разгрузки сенажных башен 29
2.1 Динамика резания слоя растительного материала и качество измельчения 29
2.2 Условие оседания сенажной насыпи в башне 32
2.3 Математическая модель процесса сжатия насыпи измельченных трав и самоуплотнения ее в башне 34
2.4 Соотношение диаметра и высоты башни с нижней разгрузкой... 40
2.5 Конструкция и теория нижнего разгрузчика сенажных башен... 43
3 Методика экспериментальных исследований 50
3.1 Лабораторно-производственная установка и методика проведения эксперимента по оценке качества измельчения провяленных трав барабанным режущим аппаратом 51
3.2 Методика определения толщины режущей кромки ножа 56
3.3 Методика определения насыпной плотности измельченных трав 58
3.4 Лабораторная установка и методика изучения процесса сжатия насыпи измельченных трав 58
3.5 Лабораторная установка и методика определения коэффициента трения измельченных трав по поверхности различных материалов... 62
3.6 Методика испытаний нижнего разгрузчика сенажных башен 64
4 Результаты экспериментальных исследований 66
4.1 Качество сенажа, заготовленного в башенное и траншейное хранилища 66
4.2 Технологические параметры кормоуборочных комбайнов на заготовке сенажа 69
4.3 Влияние технологических факторов на качество измельчения провяленных трав барабанным измельчающим аппаратом 70
4.4 Физико-механические характеристики провяленных трав различной степени измельчения 75
4.5 Закономерности процесса сжатия и самоуплотнения насыпи провяленных трав различной степени измельчения 77
4.6 Влияние степени измельчения провяленных трав на соотношение диаметра и высоты башни с нижним способом разгрузки 83
4.7 Эксплуатационные характеристики нижнего разгрузчика се-нажных башен 90
5 Экономическая эффективность результатов исследования 95
5.1 Экономическая эффективность сенажной башни с нижней разгрузкой по сравнению с серийной башней БС-9,15 95
5.2 Удельная металлоемкость сравниваемых сенажных башен 99
5.3 Экономическая эффективность сенажной башни с нижней разгрузкой по сравнению с траншейными хранилищами 100
Основные выводы 102
Список литературы 104
Приложения 114
- Башенные хранилища для сенажа, их типы и характеристики
- Динамика резания слоя растительного материала и качество измельчения
- Лабораторно-производственная установка и методика проведения эксперимента по оценке качества измельчения провяленных трав барабанным режущим аппаратом
- Влияние технологических факторов на качество измельчения провяленных трав барабанным измельчающим аппаратом
Введение к работе
Для удовлетворения спроса населения в продуктах питания необходимо увеличить производство сельскохозяйственной продукции и особенно продукции животноводства. Основой интенсивного развития животноводства является высокопитательная кормовая база. Наряду с увеличением количества заготавливаемых кормов, следует повышать их качество, снижать потери питательных веществ при заготовке и хранении. Для этого нужно широко внедрять прогрессивные технологии заготовки кормов с использованием современных хранилищ. Этим требованиям наиболее полно отвечает технология заготовки сенажа в хранилища башенного типа.
Но внедрение сенажных башен в производство, особенно в Сибири, идет медленно. Причиной этому являются высокие капитальные затраты на сооружение башен, повышенные требования к влажности и степени измельчения исходного растительного сырья, затруднение с выгрузкой корма.
По способу выгрузки корма башенные хранилища подразделяются на два основных типа - башни с верхней и башни с нижней разгрузкой. Хранилища каждого типа имеют свои преимущества и недостатки. При верхнем способе разгрузки не предъявляются повышенные требования к степени измельчения и влажности растительного сырья. Частичное примерзание сенажного корма к стенкам башни не затрудняет процесс выгрузки. В то же время для башен с верхней разгрузкой имеет место целый ряд недостатков: при верхней выгрузке систематически обнажается свежий слой корма, который при соприкосновении с воздухом подвергается вторичной ферментации и теряет питательные качества; при верхнем расположении разгрузчика не полностью используется полезный объем хранилища; на каждую башню требуется отдельный разгрузчик; наличие выгрузной шахты и выгрузных люков повышает металлоемкость башни, увеличивает ее стоимость, снижает герметичность хранилища; при вращении разгрузчика вокруг оси башни под действием опорных катков разрушаются стенные блоки, при этом не допускается овальность башни; затруднен ремонт разгрузчика в случае его отказа в работе, невозможен его демонтаж; вредные условия труда в среде углекислого газа и запыленности при ремонте разгрузчика и контроле за его работой.
Все перечисленные недостатки устраняются при переводе башни с верхней выгрузки корма на нижнюю. Но при этом возникают трудности с выгрузкой корма, что связано с зависанием насыпи измельченного материала в башне и отсутствием совершенной конструкции нижних выгрузных механизмов. Для разрешения данной проблемной ситуации возникла необходимость изучить основные процессы технологии заготовки сенажа в башни, привести их во взаимное соответствие, усовершенствовать технические средства. Внедрение сенаж-ных башен с нижней выгрузкой корма в производство позволит повысить качество сенажа, снизить затраты на сооружение хранилищ, уменьшить металлоемкость башен, улучшить условия труда работающего персонала. В решении этих вопросов и заключается актуальность данной работы.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с координационным планом Сибирского отделения Россельхозакадемии, номер государственной регистрации темы - 01.8.80.084.564.
Цель исследования: Обосновать технологические параметры процесса измельчения провяленных трав барабанным режущим аппаратом для повышения качества резки и разработать наиболее эффективный способ нижней разгрузки сенажных башен.
Задачи исследования:
Оценить влияние основных технологических факторов на качество измельчения провяленных трав барабанным режущим аппаратом.
Изучить процесс уплотнения провяленных трав различной степени измельчения и обосновать условие оседания сенажной массы в башне.
3. Разработать конструкцию и теорию нижнего разгрузчика сенажных башен, испытать его в производственных условиях.
Объект исследования: Объектом исследования явились процессы измельчения провяленных трав кормоуборочными комбайнами, уплотнения и оседания насыпи измельченных провяленных трав в башне, выгрузки сенажа из хранилища.
Предмет исследования: Предмет исследования составили теоретические и экспериментальные закономерности по качеству измельчения провяленных трав барабанным измельчающим аппаратом, по уплотнению насыпи растительных материалов различной степени измельчения, по соотношению диаметра и высоты башни с нижней разгрузкой, по теории нижнего разгрузчика сенажных башен.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту: Развитие теории резания слоя растительного материала ножом барабанного аппарата позволило выявить повышение критической силы резания по мере поворота ножевого барабана и объяснить неравномерность длины резки при измельчении трав. Разработана математическая модель процесса сжатия и самоуплотнения насыпи провяленных трав различной степени измельчения, определено необходимое соотношение диаметра и высоты сенажной башни с нижней разгрузкой. Разработана конструкция и теория нижнего разгрузчика сенажных башен, определена взаимосвязь конструктивных и кинематических параметров разгрузчика, выражены его производительная способность и энергетические затраты на выгрузку сенажа из башни. На конструкцию нижнего разгрузчика сенажных башен получено авторское свидетельство № 1380669.
Практическая значимость и реализация результатов исследования: По результатам исследований разработаны технические задания и выданы исходные параметры для выполнения проектно-сметной документации на реконструкцию серийной сенажной башни БС-9Д5 и на разработку конструкции нижнего разгрузчика. Проект башни выполнил проектный институт ЗапСибаг-ропромпроект, а проект на разгрузчик - ОПКБ НИИСХ Северного Зауралья.
7 Был изготовлен и испытан в производственных условиях опытный образец разгрузчика.
Апробация работы: Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на ученом совете факультета механизации Тюменского сельскохозяйственного института (г. Тюмень, 1980 г.), на научной конференции в НИИСХ Северного Зауралья (г. Тюмень, 1988 г.), на совете научно-производственной системы «Корма» по Тюменской области г. Тюмень, 1991 г.), на ученом совете За-пСибНИИМиП (г. Тюмень, 1998 г.), на расширенном заседании кафедры «Эксплуатация машинно-тракторного парка» ЧГАУ (г. Челябинск, 1980, 1994, 1995, 2003, 2004 гг.).
Публикации: По результатам выполненных исследований опубликовано 9 печатных работ, в том числе 1 авторское свидетельство на изобретение.
Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 129 страницах машинописного текста, содержит 22 таблицы, 32 рисунка, 108 наименований литературы и 11 приложений.
Автор работы выражает благодарность коллективу кафедры эксплуатации машинно-тракторного парка Челябинского ордена Трудового Красного Знамени государственного агроинженерного университета, научному руководителю -заслуженному деятелю науки и техники РСФСР, доктору технических наук, профессору Виноградову Валентину Ивановичу, научному консультанту — кандидату технических наук, доценту Печерцеву Николаю Андреевичу за помощь при выполнении данной работы.
Башенные хранилища для сенажа, их типы и характеристики
В настоящее время в нашей стране для заготовки сенажа используют два типа хранилищ - бетонированные траншеи и сенажные башни. Траншейные хранилища получили наибольшее распространение. Причиной этому является простота технологии загрузки и разгрузки хранилища. Несоблюдение требований к степени измельчения и влажности растительного сырья не затрудняют выполнение этих операций.
Технология заготовки сенажа в башни, отвечая в полной мере условиям консервирования корма и процессу индустриализации сельскохозяйственного производства, предъявляет повышенные требования к выполнению отдельных ее операций. Особенно это относится к степени измельчения и влажности растительного сырья. От качества выполнения этих операций зависит плотность укладки материала в хранилище и сохранность корма, работоспособность технических средств по загрузке и разгрузке хранилища.
При загрузке башенного хранилища верхний слой измельченных трав всегда более рыхлый, и в него легко проникает воздух. Чем продолжительнее контакт слоя с воздухом, тем больше потери питательных веществ корма. В связи с этим, устанавливается максимально допустимый срок заполнения хранилища, который составляет не более 3-4 дней [1].
Основным преимуществом башенных хранилищ перед траншейными является более высокая сохранность корма. По данным В.Т. Седукова, сохранность сенажа в башне на 5-7% выше, чем в траншее [87]. По утверждению СВ. Рыжова, при хранении сенажа в башнях выход корма на 15-19% выше, чем в траншеях [80]. По мнению А.П. Лазаревича, потери корма в башне в 2 раза ниже, чем в траншее, причем на каждую башню можно дополнительно получить до 100 т высококачественного корма [49]. А.В. Гарист утверждает, что питательность сенажа в башне на 10% выше, чем в траншее [21].
Следующим преимуществом технологии заготовки сенажа в башни является возможность комплексно механизировать весь процесс заготовки, выемки из хранилища и раздачи корма животным. Такая поточная линия действует в совхозе «Минская овощная фабрика» Минской области. На выгрузку корма из башни и трехразовую раздачу его на 140 голов скота тратится всего лишь 2,5 человеко-часа [17].
Сенажные башни имеют и другие преимущества перед траншеями. Они занимают небольшую площадь на территории фермы, обеспечивают хранение сенажа в течение нескольких лет и не подвержены влиянию повышенного уровня грунтовых вод.
Если о более высокой сохранности корма в башенных хранилищах среди ученых и практиков утвердилось общее положительное мнение, то по экономической оценке башенных и траншейных хранилищ в литературе имеют место противоречивые выводы. Одни авторы отдают предпочтение башням, другие -траншеям. Сравнивая кирпичные и бетонные башни с бетонированными траншеями по приведенным затратам на одну тонну корма, П.Д.Бородачев и ГЛ.Пагава утверждают, что башенный тип хранилищ на 12-15% дешевле [9]. С.В.Рыжов делает вывод, что при заготовке сенажа в башни затраты труда на приготовление, закладку, выемку и раздачу животным в 2-3 раза ниже по сравнению с траншеями [81]. О более низких затратах при башенной технологии пишет А.В.Гарист [21]. Противоположного мнения придерживаются Н.П.Чечко [99], А.А.Кутлембетов [48], Н.И.Ююков [44], В.С.Сечкин и Л.А.Сулима [35].
Конструкции башен для сенажа разнообразны. Диаметр башен изменяется от 6 до 18 м, высота от 15 до 30 м. Башни изготавливают из металла и железобетона. При выборе основных размеров башни, ее диаметра и высоты, многие авторы исходят в основном из условия снижения приведенных затрат на единицу полезного объема хранилища. Они считают, что при увеличении диаметра башни ее боковая поверхность и, следовательно, расход материала на ее сооружение возрастает по линейному закону, а полезный объем - по квадратичному закону. О снижении удельных затрат таким путем пишут П.Д.Бородачев, Г.А.Пагава [9], Г.И.Назаров [56], А.А.Кутлембетов [48]. Они рекомендуют для массового производства башни диаметром 10-12 метров.
В нашей стране за последние годы развернулось строительство сенажных башен БС-9,15 блочной конструкции. Для производства стенных блоков и металлоконструкций действует ряд комбинатов. Башня диаметром 9,15 и высотой 24,38 м имеет полезный объем 1600 м3 и вмещает 900 т сенажа. Полусферический купол замыкает башню сверху и защищает сенаж от дождя. Загрузка башни производится сверху по загрузочному трубопроводу с помощью пневмотранспортера ЗБ-50. Выгрузка корма осуществляется сверху шнековым разгрузчиком РРС-Ф-50-6 через боковые люки в башне и выгрузную шахту. Такие башни построены в колхозах и совхозах Белоруссии, Татарстана и на Сахалине, Часть этих башен не используется. В Сибири эти хранилища пока не нашли применения. Причиной этому являются высокая сметная стоимость башен, несовершенство технических средств по загрузке и выгрузке сенажа из башен, повышенные требования к влажности исходного растительного сырья.
Особенно узким местом в технологии заготовки сенажа в башни является процесс выгрузки корма. Применяется несколько способов разгрузки башен -нижний, верхний и комбинированный [22]. При нижнем способе выгрузки корма радиальный разгрузчик вращается вокруг оси башни, снимает нижний слои сенажа и подает его к центру. Наружу корм выносится специальным транспортером. При верхней выгрузке диаметральный разгрузчик срезает верхний слой корма и подает его к швырялке, которая через трубопровод выбрасывает сенаж через люк в боковую выгрузную шахту. При комбинированном способе разгрузки башен работает верхний разгрузчик, который сбрасывает корм вниз через шахту, выполненную в центре насыпи с помощью шахтообразователя. За пределы башни сенаж выносится нижним транспортером.
Динамика резания слоя растительного материала и качество измельчения
Более поздние исследования посвящены также определению давления при различной степени деформации растительного материала. А.В.Шпилько изучал процесс прессования грубых кормов в тюки. Он экспериментально определил давление в прессовальной камере в зависимости от перемещения поршня и коэффициент бокового давления для соломы и сена [101]. Зависимость давления от относительной деформации параллельных стеблей с подпором в поперечном направлении и без подпора рассматривает Г.А.Хайлис. На основании экспериментальных данных построена диаграмма процесса сжатия стеблей [96].
Анализируя формулы, приведенные в таблице 1.2, можно сделать вывод, что у исследователей нет единого мнения о закономерности сжатия растительного материала. Приведенные формулы справедливы лишь для определенного интервала плотности материала и не отражают физическую сущность начального и конечного периодов процесса сжатия. В начальный момент, когда деформация равна нулю, давление должно быть также равным нулю, что не вытекает из показательных и гиперболических формул. По мере сжатия материала интенсивность деформации снижается, а давление фактически может повышаться. Этот момент также не отражается в формулах. Кроме того, в литературе недостаточно полно освещено влияние степени измельчения растительного материала на процесс его сжатия, нет аналитического выражения для описания изменения плотности и вертикального давления материала по высоте насыпи в башне.Технические средства для выгрузки сенажа из башен Учитывая многообразие конструкций разгрузчиков сенажных башен отечественного и иностранного производства, В.В.Красников и И.К.Текучев провели их классификации [47] . Все разгрузчики они разделили на два класса -верхние и нижние.
Верхние разгрузчики могут быть подвесными и без подвески, с опорными катками и без них. При наличии опорных катков подвеска состоит из одного каната. При отсутствии опорных катков число канатов подвески увеличивается. По типу рабочего органа верхние разгрузчики подразделяются на шнековые и цепочно-скребковые. Рабочие витки шнеков снабжены резцами для среза слоя корма. Транспортирующим механизмом является или швырялка, или швырялка с воздуходувкой, или швырялка со шнеком. Вращательное движение разгрузчику относительно оси башни передается или от выносного колеса, или от опорных ведущих катков, или от катков, обкатываемых по стенке башни, или от зубчатого колеса, работающего в паре с кольцевой рамой.
Работает верхний разгрузчик следующим образом. При повороте разгрузчика вокруг оси башни рабочим органом снимается верхний слой сенажа и транспортируется к швырялке, с помощью которой корм выбрасывается через боковой люк башни в выгрузную шахту. Из шахты корм поступает на транспортер и подается в транспортное средство. Производительность верхних разгрузчиков составляет 1,5-3,5 т/час [22].
Верхние шнековые разгрузчики получали широкое распространение в Германии и США. В отечественной практике используются сенажные башни БС-9,15, которые комплектуются верхними разгрузчиками РБВ-6 и пришедшими им на смену РРС-Ф-50-6. Исследованием работы верхних разгрузчиков занимались И.К.Текучев [95], СА.Сандхаджаев [84], В.Т.Седуков [86], Э.А.Мхитарян [54]. Они обосновали оптимальный скоростной режим разгрузчиков. Исследуя эксплуатационные параметры разгрузчика РРС-Ф-50-6, Н.Ф.Кастюкевич оценивает его производительность как 4,4, а С.В.Рыжов и ПЯ.Фокин - 7-8 т/час [43, 81]. Обоснованию криволинейного профиля пальцевого рабочего органа разгрузчика посвящена работа В.А.Шаршунова [100].
Несмотря на широкое распространение верхних разгрузчиков и проводимую работу по совершенствованию их конструкции, они имеют ряд существенных недостатков: для каждой башни требуется отдельный разгрузчик, наличие выгрузных люков и шахты нарушает герметичность хранилища и приводит к снижению качества корма, повышает стоимость башен и усложняет их эксплуатацию [22].
Основное преимущество использования нижних разгрузчиков, по сравнению с верхними, заключается в более тщательной герметизации башен. Это заметно снижает потери сенажа благодаря отсутствию доступа к нему воздуха во время выемки из хранилища. Но нижние разгрузчики менее производительны [22].
Рабочим органом нижних разгрузчиков является фреза в виде цепи с подрезающими и захватывающими элементами. Согласно классификации В.В. Красникова и И.К.Текучева, нижние разгрузчики характеризуются вращательным ила колебательным движением фрезы, осевой или боковой выгрузкой корма, наклонной или горизонтальной установкой. Производительность нижних разгрузчиков составляет 1,0-1,5 т/час [47].
Исследованию работы нижних разгрузчиков посвящены работы А.Г.Залыгина [36] и М.Д.Бурнаева [12]. А.Г.Залыгин изучал работу разгрузчика цепочно-фрезерного типа с прерывистым поворотом фрезы с помощью храпового механизма. В итоге установлены оптимальные параметры: скорость цепи -0,5-0,7 м/с, шаг установки ножей - 200-350 мм., угол заточки ножей - 30-40. По мнению исследователя, фрезерную цепь необходимо оснащать как режущими, так и транспортирующими элементами. М.Д.Бурнаев предложил двухступенчатый разгрузчик. Верхняя цепь прорезает щель в монолите корма, а нижняя выгружает корм. По мнению автора, прорезание щели в монолите исключает давление сенажной насыпи на основную фрезу.
Лабораторно-производственная установка и методика проведения эксперимента по оценке качества измельчения провяленных трав барабанным режущим аппаратом
Для проведения эксперимента по уточнению и конкретизации теоретических предпосылок разработана методика, которая включает: - оценку качества измельчения провяленных трав барабанным измельчающим аппаратом; - определение толщины режущей кромки ножа; - определение физико-механических свойств измельченных провяленных трав - средневзвешенной длины резки и диаметра частиц, насыпной плотности, влажности, коэффициента трения по поверхности различных материалов; - определение параметров процесса сжатия провяленных трав различной степени измельчения: плотности насыпи в функции давления, бокового давления на стенки цилиндра лабораторной установки, коэффициента повышения эффективности давления при длительном воздействии нагрузки; - испытание нижнего разгрузчика сенажных башен. Экспериментальные исследований состоят из лабораторных, лаборатор но-производственных и производственных опытов. Для проведения лабораторных опытов изготовлены лабораторные установки - гидравлический пресс для сжатия насыпи измельченного растительного материала, установка для определения коэффициента трения измельченных трав. Для оценки качества измельчения провяленных трав изготовлена лабораторно-производственная установка на базе барабанного измельчающего аппарата. Для изучения процесса выгрузки корма из башни использован экспериментальный образец нижнего разгрузчика сенажных башен. В производственных условиях качество резки оценивалось после комбайнов КУФ-1,8, КС-1,8, КПКУ-75, КСК-ЮОА, Е-281. Качество сенажа определялось из бетонированной траншеи и башни «Витковице».
При проведении опытов производились такие измерения, как взвешивание порции провяленных трав на площадочных весах, взвешивание навесок измельченных трав на аналитических весах, определение размеров измельченныхчастиц и влажности растительного материала, замеры остроты лезвия, определение продолжительности протекания процесса. В опытах были использованы весы площадочные РН 25Ц 13, весы аналитические ВЛР-200, линейки масштабные, штангенциркуль, сушильный шкаф 2В-151, динамометры ДПУ-0,02/2-1, секундомер «Агат», тахометр механический.
Экспериментальные данные обрабатывались методами математической статистики и регрессионного анализа. Отбор проб для определения влажности растительного материала и качества сенажа проводился по ГОСТ-23637-79.
Качество измельчения кормов оценивается по наибольшему размеру частиц. Для тонкостебельных культур наибольшим размером частиц является их длина, поэтому одним из критериев оценки качества измельчения трав является средневзвешенная длина резки, которая определяется по формуле [18]:
При определений средневзвешенной длины резки брали пробы измельченного материала в количестве 100 г, разбирали их на фракции по длине частиц с интервалом 10 мм. Каждая фракция взвешивалась на аналитических весах.
Лабораторно-производственная установка для проведения эксперимента по оценке качества измельчения провяленных трав представлена на рисунке 3.1. Она состоит из режущего аппарата 1, питающего аппарата 2 и ленточного транспортера 3. От вала питающего вальца 4 с помощью цепной передачи 5 приводится во вращение ведущий валец транспортера 6. Транспортер включается в работу с помощью пальцевой муфты. Исходный растительный материал, предварительно взвешенный на площадочных весах, укладывается на транспортер ровным слоем 7.
Вращение рабочих органов измельчающего аппарата производится от В ОМ трактора МТЗ-80. При проведении каждого варианта опыта измельчитель работает вначале в холостом режиме. Затем повышаются обороты двигателя трактора до номинального значения и с помощью пальцевой муфты включается в работу ленточный транспортер, одновременно увеличивается подача топлива в двигатель. В каждом случае фиксировали продолжительность процесса измельчения валка растительного материала и угловую скорость вала ножевого барабана.
В качестве растительного материала в опытах использован провяленный овес в фазе колошения. Обоснованием этому послужило то, что данная культура менее облиственна и, следовательно, более однородна по физико-механическим свойствам. Слой этих растений представляет собой как бы систему стержней. При взаимодействии слоя с питающим и режущим аппаратом стебли этой культуры более подвижны относительно друг друга, что повышает воздействие технологических факторов на неоднородность длины резки и способствует раскрытию их влияния на качество измельчения.
На лабораторно-производственной установке проведено три опыта. Первый опыт проведен для оценки влияния основных технологических факторов на качество измельчения растительного материала при фиксированном значении расчетной длины резки. Второй опыт выполнен для оценки влияния расчетной длины резки на качество измельчения при фиксированных значениях технологических факторов. Третий опыт проведен для оценки влияния угла ориентации стеблей в слое на средневзвешенную длину резки.
В первом случае проведен поли факторный эксперимент по матрице 24 [51]. В эксперименте варьировали на двух уровнях следующие факторы - подача материала в единицу времени g, нагрузка на верхний питающий валец G, зазор в режущей паре Л, толщина режущей кромки ножа 5 (таблица 3.1).
Влияние технологических факторов на качество измельчения провяленных трав барабанным измельчающим аппаратом
Все кормоуборочные комбайны, указанные в таблице, оборудованы измельчающими аппаратами барабанного типа. Ножи барабана выполняют одновременно функцию резания и бросания измельченного материала в силосопро-вод. Комбайн КС-1,8 имеет прямоточную технологическую схему с тонкослойным процессом резания. В других комбайнах происходит сужение потока растительного материала и производится резание более толстого слоя.
Основные характеристики кормоуборочных комбайнов выписаны из технической документации заводов-изготовителей. Качество измельчения провяленных трав оценивалось процентным содержанием фракций длиной до 30 мм. Пробы измельченного материала для качественного анализа отбирались при рядовой эксплуатации машин в течение всего периода заготовки сенажа.
Как видно из таблицы, у современных типов комбайнов увеличен диаметр ножевого барабана. Рассмотрим вначале, за счет каких факторов происходит повышение производительной способности этих комбайнов.
Производительная способность комбайна КС-1,8 по сравнению с комбайном КУФ-1,8 повышена за счет увеличения числа резов в единицу времени и подачи более широкого слоя растительного материала в соответствии с длиной барабана. Если рассматривать характеристики комбайнов КПИ-2,4, КПКУ-75, КСК-100, Е-281 в той последовательности, в которой они представлены в таблице, то можно заметить, что производительная способность каждого последующего комбайна выше предыдущего. При одинаковой длине барабанов и примерно равном числе резов в единицу времени это возможно лишь при подаче в измельчающий аппарат более толстого слоя растительного материала.
Рассмотрим далее качественные показатели кормоуборочных комбайнов. Показатель качества измельчения у комбайна КС-1,8, где осуществляется тонкослойное резание, значительно ниже, чем у комбайна КУФ-1,8, что не согласуется с расчетной длиной резки. Следовательно, толщина слоя растительного материала в данном случае оказала большее влияние на показатель качества измельчения, чем расчетная длина резки. Поэтому качество измельчения у комбайнов КСК-100А и Е-281 более стабильно, чем у комбайнов КУФ-1,8 и КПИ-2,4. Следует отметить, что содержание фракций длиной до 30 мм в отдельных пробах для всех комбайнов варьирует в широких пределах. Например, для комбайна КПИ-2,4 интервал варьирования составляет от 55 до 82%.
Таким образом, технологический процесс измельчения провяленных трав является качественно непостоянным в поточной линии заготовки сенажа в башни. От его результатов зависит весь комплекс последующих операций данной технологии. Поэтому детальному изучению качественной стороны работы барабанного измельчителя посвящен следующий раздел данной работы.
Влияние технологических факторов на качество измельчения провяленных трав барабанным измельчительчающим аппаратом В данном разделе освещены результаты реализации матрицы полнофакторного эксперимента, итоги опыта по качеству измельчения в зависимости от расчетной длины резки и угла ориентации стеблей в валке. При проведении регрессионного анализа данных полнофакторного эксперимента оказалось, что значимыми являются только линейные факторы, а эффекты взаимодействия незначимы (приложение 2). Уравнение регрессии, адекватно описывающее результаты эксперимента, после замены кодированных переменных натуральными имеет следующий вид: где Лср - средневзвешенная длина резки, мм; g - подача материала в измельчитель в единицу времени, кг/сек; G - нагрузка на верхний питающий валец, кН; Л - зазор в режущей паре, мм; 5- толщина режущей кромки ножа, мм. Анализ данного уравнения показывает, что при увеличении подачи материала g в измельчающий аппарат и, следовательно, толщины подаваемого слоя, а также нагрузки G на верхний питающий валец средневзвешенная длина резки уменьшается. Увеличение зазора в режущей паре Л и толщины кромки лезвия S повышает значение выходного параметра. Для получения средневзвешенной длины резки, наиболее близкой к расчетной, необходимо установить минимальный зазор в режущей паре, заточить ножи, натянуть пружины питающего вальца, подавать в измельчитель более толстый слой. Если зазор в режущей паре, толщина кромки ножа и нагрузка на валец более стабильны в процессе работы измельчителя, то подача материала изменяется постоянно. Это отрицательно влияет на качество измельчения растительного материала. Уравнение регрессии характеризует влияние основных технологических факторов на величину средневзвешенной длины резки при одном скоростном режиме питающего аппарата, т.е. при одной расчетной длине резки. Для оценки зависимости средневзвешенной длины резки от расчетной проведен эксперимент при других скоростных режимах питающего аппарата. Технологические факторы вначале были зафиксированы на одних уровнях, обеспечивающих лучшее качество измельчения, а потом на других, противоположных. Зависимость средневзвешенной длины резки от расчетной представлена графически на рисунке Как видно из графиков, средневзвешенная длина резки во втором варианте значительно больше, чем в первом. Между кривыми вписываются данные полнофакторного эксперимента, на рисунке это показано окружностью. Для оценки влияния угла у ориентации стеблей в валке на качество измельчения растительного материала был проведен опыт в трех вариантах. Каждый вариант характеризуется массой погонного метра валка на транспортере и скоростью его подачи в питающий аппарат. Окружная скорость нижнего гладкого вальца питающего аппарата Vs одинакова для всех вариантов и соответствует расчетной длине резки 6,2 мм. Экспериментальные данные приведены в приложении 3. Графики зависимости длины резки от угла ориентации стеблей в валке представлены на рисунке 4.3 и аппроксимированы косинусоидами двойного угла. Условия проведения опыта и аналитические выражения графиков приведены в таблице 4.4.
