Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса. цель и задачи исследований
1.1 Стебельные корма - основа рациона КРС 10
1.2 Технологические схемы заготовки стебельных кормов,
сформированных в рулоны повышенной плотности 21
1.3 Обзор технологий и технических средств для подготовки рулонов стебельных кормов к раздаче
1.4 Машины и устройства для измельчения и раздачи стебельных кормов, сформированных в рулоны
1.5 Обзор исследований процесса измельчения и раздачи стебельных кормов, сформированных в рулоны
1.6 Цель и задачи исследования 41
2 Теоретические предпосылки исследования процесса подготовки рулонов сенажа к скармливанию
2.1 Структура и продолжительность технологического цикла приготовления и раздачи кормосмеси, включающей сенаж из рулонов, упакованных в пленку
2.2 Анализ схем перемещения погрузчика при загрузке рулонов сенажа из штабеля в измельчитель-смеситель-раздатчик кормов
2.3 Послойное распределение материала в рулонах стебельных кормов 51
2.4 Конструктивно-технологическая схема и основные параметры устройства для предварительного разрезания рулонов сенажа
2.5 Процесс взаимодействия режущего элемента с кормовым массивом сенажа в рулоне
Выводы по главе 67
3 Программа и методика экспериментальных исследований и анализ
3.1 Исследования физико-механических свойств сенажа в рулонах, упакованных в пленку
3.2 Методика определения послойной плотности сенажа в рулоне
3.3 Методика определения коэффициента трения кормового массива сенажа из рулона по стали
3.4 Лабораторная установка для определения энергоемкости процесса резания кормового массива
3.5 Методика обоснования необходимой глубины предварительного разрезания рулона сенажа, упакованного в пленку, перед раздачей его 80 животным
3.6 Методика планирования и обработки эксперимента. Определение повторности опытов и порядка их проведения
3.7 Методика проведения производственных испытаний устройства для предварительного разрезания рулонов сенажа
4 Результаты экспериментальных исследований и производственных испытаний
4.1 Послойное распределение плотности сенажа в рулоне 90 94
4.2 Влияние глубины предварительного разрезания рулона сенажа, на продолжительность его разрыхления и измельчения в ИСРК
4.3 Зависимость коэффициента трения кормового массива сенажа по стали от влажности и плотности корма
4.4 Энергоемкость процесса резания сенажа повышенной плотности 96
4.5 Производственная проверка опытного образца устройства для предварительного разрезания рулонов сенажа 101
4.6 Баланс времени технологического цикла подготовки и раздачи животным кормосмеси, включающей сенаж из рулонов,
Выводы по главе 104
5 Технико-экономическая оценкарезультатов исследовании
Выводы по главе 116
Заключение 117
Список литературы 119
- Машины и устройства для измельчения и раздачи стебельных кормов, сформированных в рулоны
- Послойное распределение материала в рулонах стебельных кормов
- Методика определения коэффициента трения кормового массива сенажа из рулона по стали
- Зависимость коэффициента трения кормового массива сенажа по стали от влажности и плотности корма
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Приготовление и раздача кормов на фермах крупного рогатого скота входят в число наиболее трудоемких технологических процессов. По данным ВИЭСХ, при разных базовых технологиях производства этой продукции затраты труда только на раздачу кормов составляют 10,7...12,9 ч на одну корову в год, или 8...13 % от общих затрат труда на производство продукции.
В последние годы в России широкое распространение получает технология заготовки сенажа в рулонах, упакованных в пленку, которая позволяет заготавливать высококачественные корма в оптимальные агротехнические сроки, в 2,5-3,0 раза снизить общие потери при заготовке и хранении кормов; полностью механизировать технологический процесс от кошения трав до раздачи корма животным.
Но заготовка качественного сенажа в рулонах повышенной плотности предъявляет дополнительные требования к раздаче этого корма животным. Производительность измельчителей-смесителей-раздатчиков кормов (ИСРК) значительно снижается в основном из-за сложности разделения рабочими органами верхних плотных и связных слоев рулона.
В этой связи актуально обоснование эффективных технологических схем и технических средств механизации процесса подготовки к скармливанию сенажа, спрессованного в рулоны повышенной плотности, для последующего эффективного измельчения его, смешивания с другими кормами и раздачи животным.
Степень разработанности темы. Проблеме повышения эффективности процессов приготовления и раздачи кормов на фермах, разработке теоретических основ проектирования технологических линий, машин и оборудования кормоцехов посвятили свои исследования ученые: СВ. Брагинц, Б.И. Вагин, СМ. Ведищев, А.Ф. Галкин, В.А. Голиков, А.В. Демин, И.А. Долгов, А.И. Завражнов, Л.П. Карташов, Л.П. Кормановский, И.Н. Краснов, Л.П. Кропп, СВ. Мельников, В.И. Особов, И.Н. Павлов, В.И. Пахомов, A.M. Семенихин, СК. Филатов, В.Ю. Фролов, А.В. Яковлев и др. Выполненные ими исследования внесли существенный вклад в совершенствование технологии и технических средств для подготовки и раздачи стебельных кормов сельскохозяйственным животным, в том числе и в составе кормосмесей. Однако остаются нерешенными вопросы, связанные с усовершенствованием технологии подготовки к скармливанию рулонов сенажа повышенной плотности и научным обоснованием конструкции и технологических параметров компактного технического средства, обеспечивающего повышение производительности труда на подготовке и раздаче корма.
Работа выполнена в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ФГБОУ ВПО Ставропольский ГАУ на 2011-2015 гг. раздел 1.4.43 «Разработать и адаптировать к реальным условиям производства технологии и технические средства заготовки и раздачи кормов, обеспечивающие повышение качества и эффективности использования кормов и снижение себестоимости животноводческой продукции».
Цель работы - повышение эффективности технологического процесса подготовки к скармливанию в составе кормосмесей сенажа из рулонов повышенной плотности путём разработки устройства для предварительного разрезания рулонов.
Задачи исследований:
провести анализ технологических схем и технических средств приготовления кормосмесей, включающих сенаж из рулонов повышенной плотности и обосновать способ повышения эффективности подготовки рулонов сенажа к скармливанию;
теоретически и экспериментально исследовать закономерности изменения плотности сенажа по слоям в рулонах, упакованных в пленку;
обосновать конструктивные и технологические параметры устройства для предварительного разрезания рулонов сенажа;
провести производственную проверку усовершенствованного процесса подготовки к скармливанию сенажа из рулонов с устройством для их предварительного разрезания;
- оценить экономическую эффективность применения устройства для
предварительного разрезания рулонов сенажа в усовершенствованной техно
логии подготовки к скармливанию сенажа.
Объект исследований - технологический процесс подготовки рулонов сенажа повышенной плотности к скармливанию.
Предмет исследований - закономерности взаимодействия устройства для разрезания рулонов с кормовым массивом и влияния его на эффективность приготовления и раздачи стебельных кормов повышенной плотности из рулонов повышенной плотности.
Методология и методы исследований включали: теоретический анализ взаимодействия режущего элемента с кормовым массивом в рулоне сенажа при скользящем резании; экспериментальные исследования по установлению необходимой глубины разрезания рулона сенажа, упакованного в пленку, перед раздачей его животным; лабораторные исследования по обоснованию конструктивно-технологических параметров разработанного устройства для разрезания рулонов; проверку результатов исследований в производственных условиях и их экономическую оценку.
Теоретические исследования проводились с использованием методов математики, теоретической механики и физики. Лабораторные исследования были выполнены по плану многофакторного эксперимента и проводились с использованием сертифицированных приборов и их программного обеспечения. При обработке экспериментальных данных применялись методы математической статистики и теории вероятностей с использованием программ Microsoft Excel и Statistica.
Научную новизну работы составляют:
- усовершенствованная технология подготовки рулонов сенажа к скарм
ливанию в составе кормосмесей с устройством для разрезания рулонов сена
жа повышенной плотности;
результаты исследования послойного распределения плотности сенажа в рулонах;
уточненные значения физико-механических свойств сенажа в рулонах повышенной плотности, влияющих на энергоемкость процесса резания;
- результаты экспериментальных исследований удельной работы сил
резания и производственных испытаний устройства для разрезания рулонов
сенажа
Научная новизна предложенных технологических и технических решений подтверждена патентами Российской Федерации на полезные модели №63168 и №75534.
Теоретическая и практическая значимость работы. Усовершенствованная технологическая схема подготовки рулонов сенажа повышенной плотности к скармливанию и разработанное устройство для предварительного разрезания рулонов обеспечивают повышение производительности труда и снижение себестоимости выполнения работ на подготовке и раздаче корма животным. Определена зависимость доли отделяемого объема и массы рулона от глубины резания. Обоснованы конструктивные параметры устройства, обеспечивающие необходимую глубину предварительного разрезания рулона сенажа.
Применение разрезающего устройства позволит снизить энергозатраты на подготовку и раздачу кормосмесей на 12,3 % и уменьшить удельные прямые эксплуатационные затраты на 11,5 %.
Положения, выносимые на защиту:
модель послойного распределения плотности в рулонах стебельных кормов;
уточненная модель резания стебельных кормов, учитывающая особенности физико-механических свойств сенажа в рулонах - повышенную плотность корма и его влажность;
усовершенствованная структура технологического процесса приготовления и раздачи многокомпонентных кормов с использованием в рационе сенажа из рулонов повышенной плотности;
конструктивно-технологические параметры устройства для разрезания рулонов сенажа;
результаты производственных испытаний и технико-экономической оценки применения усовершенствованной технологической схемы подготовки к скармливанию рулонов сенажа повышенной плотности и предложенного устройства для предварительного разрезания рулонов сенажа перед раздачей их животным.
Степень достоверности и апробация результатов исследований.
Степень достоверности научных положений подтверждается положительными результатами производственных исследований устройства для разрезания рулонов сенажа; достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований; использованием современной контрольно-измерительной и вычислительной техники.
Основные результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на международных научно-практических конференциях в
рамках агропромышленной выставки «Агроуниверсал» (г. Ставрополь -2011, 2012, 2015 гг.); на Всероссийской научно-производственной конференции «Новые направления в решении проблем АПК на основе современных ресурсосберегающих инновационных технологий», посвященной 80-летию заслуженного деятеля науки Российской Федерации, профессора И.Д. Тменова (г. Владикавказ, 2010 г.); на VI Российской научно-практической конференции «Физико-технические проблемы создания новых технологий в АПК» (г. Ставрополь, 2011 г.).
Реализация результатов работы. Результаты научно-
исследовательской работы по совершенствованию технологии раздачи стебельных кормов из рулонов повышенной плотности внедрены в сельскохозяйственных организациях Ставропольского края.
Усовершенствованная технология с устройством для предварительного разрезания рулонов используется при кормлении коров в условиях базового предприятия - СХ племколхоза «Россия» Новоалександровского района Ставропольского края.
Разработанный метод анализа силовых характеристик процесса резания сено-соломистых материалов с изменяемыми исследуемыми параметрами используются в учебном процессе факультета механизации ФГБОУ ВПО СтГАУ при подготовке и повышении квалификации инженерно-технических кадров предприятий АПК.
Результаты исследований реализованы в разработке научно-методических рекомендаций, выполненных в рамках государственного контракта с Министерством сельского хозяйства Ставропольского края № 171/12.
Публикация по теме диссертации. По результатам исследований опубликовано 14 работ, в том числе 4 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 патента на полезную модель. Общий объем публикаций составил 2,02 п. л., из которых 1,53 п. л. принадлежит лично автору.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 167 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, заключения, содержит 54 рисунка, 6 таблиц и 25 приложений.
Машины и устройства для измельчения и раздачи стебельных кормов, сформированных в рулоны
Для получения стебельных кормов, сформированных в рулоны, высокого качества необходимо выбрать рациональную технологию и комплекс кормоуборочных машин, правильно организовать уборочные работы [4].
Анализируя статистические данные заготовки различных видов кормов, следует отметить, что наиболее распространенная технология заготовки кормов в рассыпном виде в последние десятилетия вытесняется заготовкой кормов в прессованном виде [14, 16]. Наиболее перспективной технологией заготовки стебельных кормов с минимальными потерями урожая является прессование в рулоны и крупногабаритные тюки. Такая технология по сравнению с заготовкой стебельных кормов в копнах обеспечивает снижение общих затрат на 35%, а труда на 39%. При этом значительно повышается полнота сбора урожая, что позволяет с каждого гектара сеяных трав получать дополнительно 200...250 кг корма [23, 50].
Для осуществления этой технологии ведущие зарубежные фирмы производят разнообразные модели поршневых и рулонных пресс-подборщиков, а также пресс-подборщиков для заготовки корма в крупных прямоугольных тюках. В последнее время доминирующее положение заняли рулонные пресс-подборщики.
В рулонных пресс-подборщиках плотность прессования сена составляет около 200 кг/м , а при предварительном измельчении - до 250 кг/м ; для сена повышенной влажности - 100... 110 кг/м , но не более 130 кг/м [22, 47].
Затраты энергии у рулонных пресс-подборщиков составляют 80... 125 Вт/кг в зависимости от плотности прессования, у пресс-подборщиков, формирующих прямоугольные тюки порядка 200 Вт/кг [19, 87].
Эффективность заготовки кормов значительно возрастает при использовании технологических комплексов машин, обеспечивающих полную механизацию работ. В настоящее время распространены различные системы кормозаготовительных машин, включающие косилки, сеноворошилки, пресс-подборщики, рулонно-обматывающие машины, транспортные средства большой грузоподъемности [23].
В настоящее время одной из самых перспективных технологий заготовки качественных прессованных кормов является заготовка сенажа в рулонах, упакованных в пленку.
Технологическая схема заготовки стебельных кормов, сформированных в рулоны, упакованных в пленку (сенажа в упаковке), представлена на рисунке 1.1. Новая технология заготовки кормов с упаковкой в пленку широко распространена во всем мире, в Европе она с успехом применяется уже более 25 лет.
Технологическая схема заготовки сенажа в рулонах, упакованных в пленку В последнее десятилетие эта технология получила широкое распространение и в России, поскольку имеет существенные преимущества перед традиционными технологиями. Она позволяет заготавливать высококачественные корма в оптимальные агротехнические сроки, даже в неустойчивых погодных условиях, в 2,5...3 раза снизить общие потери при заготовке и хранении кормов, обеспечить сохранность корма без снижения их качества в течение 1 года и более, не требуя дополнительных сооружений. Технологический процесс от кошения трав до раздачи корма животным может быть полностью механизирован [4, 64].
Скашивание трав осуществляется с одновременным плющением или кондиционированием массы в широкий, рыхлый валок. За счет применения граблей-вспушивателей и валкообразователей скошенная масса интенсивно провяливается и достигает кондиционной влажности 50...55 % в условиях Ставропольского края за 5...6 часов. Подбор валков с одновременным прессованием возможен в широком диапазоне влажности 40...60 % (рационально - при влажности 50...55 %). Плотность прессования повышенная - до 350 кг/м . В настоящее время используются в основном пресс-подборщики европейского и американского производства, обеспечивающие требуемую плотность прессования. Попытки применения для заготовки сенажа в рулонах серийных пресс-подборщиков производства России и Беларуси приводили к негативным результатам. Из-за недостаточной плотности прессования провяленных трав рулоны формируются рыхлыми, с избыточным содержанием воздуха, что приводит к плесневению корма внутри упакованного рулона [104].
В последнее десятилетие производство российских пресс-подборщиков, обеспечивающих необходимую плотность сенажа по лицензии итальянских фирм налажено на заводе Навигатор в г. Пермь.
Погрузка рулонов осуществляется погрузчиками ПКУ-0,8. На транспортировке используются автомобили КАМАЗ (можно с прицепом), тракторы классов 1,4...3,0 с прицепами-платформами [93]. В последнее время все более широкое распространение получают самозагружающиеся рулоновозы.
Машины для обмотки рулонов пленкой имеют высокий уровень автоматизации управления. Упаковка рулонов в пленку проводится на месте закладки на хранение упаковщиками рулонов FW 10/2000 Wolagri, Welger, Kverneland, не позднее 2...3 часов после формирования рулонов. Травяная масса не должна нагреваться выше 37С. Быстрая упаковка предотвращает согревание массы, способствует сохранению сахара, протеинов, витаминов, ускоряет начало консервации. Оптимальное число слоев пленки - шесть. В момент обмотки должно происходить растяжение пленки на 55...70 %. Каждый последующий слой перекрывает предыдущий на 50 % [130,135].
С начала 2000-х годов внедряются комбинированные агрегаты, совмещающие в себе рулонный пресс-подборщик и обмотчик рулонов пленкой [86, 87]. Обмотчик рулонов у большинства моделей присоединяется к пресс-подборщику сзади посредством сцепного устройства, но ряд фирм предлагают конструкции, в которых обмотчик встроен в пресс-подборщик и они представляют собой единый агрегат, например, модель CombiPack 1250 фирмы Krone. В то же время фирма Welger остается приверженцем агрегатирования пресс-подборщика и обмотчика рулонов. Большинство фермеров в Европе отдают предпочтение агрегату, в котором обмотчик монтируется позади пресса и его можно отсоединить. Комплексный агрегат в составе пресс-подборщика и обмотчика рулонов имеет как преимущества, так и отрицательные стороны. К главному преимуществу можно отнести обмотку рулона сразу после выхода его из прессовальной камеры, что обеспечивает высокое качество корма. К отрицательным качествам относятся: высокая стоимость и большая вероятность повреждения упаковки при выбросе рулона в поле и при транспортировке [137].
Корм в упаковке можно хранить на открытой выровненной площадке без специального укрытия. Необходимо предусмотреть мероприятия по предотвращению порчи рулонов грызунами. При влажности сенажа 40...60% и ровных плотных рулонах их можно складывать штабелем в 2... 3 яруса [138].
Для укладки рулонов на хранение в штабели используется специальный захват-кантователь, навешиваемый на погрузчик ПКУ-0,8 и предотвращающий повреждение упаковочной пленки [93].
Применение прессования при заготовке кормов привело к совершенствованию технологий приготовления и хранения корма. Появилась необходимость создания новых машин и оборудования для приготовления и раздачи полнорационных кормовых смесей, включающих прессованные стебельные корма повышенной влажности и плотности [94].
Послойное распределение материала в рулонах стебельных кормов
В развитии кормоприготовительного и кормораздаточного оборудования для ферм крупного рогатого скота широкое распространение получают многофункциональные машины, обеспечивающие выполнение нескольких технологических операций: погрузку корма в кузов машины, автоматическое дозирование компонентов, измельчение стебельных компонентов, смешивание, транспортировку кормосмеси и раздачу ее животным. При этом не требуются металло- и энергоемкие кормоцеха, дополнительное оборудование для дозирования и измельчения кормов [26, 82].
Для оценки эффективности процесса приготовления и раздачи многокомпонентных кормосмесей из различных кормов, включая новые виды, такие как сенаж в упаковке, нами разработана схема функционирования измельчителя-смесителя-раздатчика кормов (ИСРК), алгоритм которой приведен на рисунке 2.1. Алгоритм задает общий порядок действий без уточняющих деталей и показывает, какие процедуры необходимо выполнить при подготовке многокомпонентных кормов.
Схема включает операцию предварительной подготовки рулона сенажа повышенной плотности к последующему измельчению и смешиванию с другими кормами.
За основу кормового рациона принят рацион, используемый при кормлении КРС в стойловый период в базовом предприятии проведения исследований -СХ племколхозе «Россия» Новоалександровского района Ставропольского края.
Состав многокомпонентной кормовой смеси в хозяйстве обычно включает сенаж в рулонах, силос, патоку, дерть и минеральные добавки. Алгоритм процесса приготовления многокомпонентного корма в общем виде включает следующие операции, воспроизводящие технологические процессы и формирующие продолжительность их выполнения [28, 83]:
Если предварительное разрезание рулона не применяется, то операторы 10, 11 и 12 формируют продолжительность опускания рулона сенажа на площадку t0np, разрезания пленки и шпагата на рулоне tpa3pyn; где L„gp ф - расстояние до фермы (место раздачи корма), м; їсмеит продолжительность смешивания компонентов, с. Оператор 29 завершает технологический цикл раздачи одной порции кормосмеси массой Qu приготовленной в бункере ИСРК.
На выходе выводятся данные о наработке агрегата, затратах топлива, составляющих баланса времени рабочего дня и себестоимости работ.
В общем виде продолжительность технологического цикла приготовления и раздачи одной порции кормосмеси агрегатом в составе трактора и измельчителя смесителя-раздатчика кормов имеет вид: где tnepj- продолжительность переезда к хранилищу /-го компонента кормосмеси, с; їзгі продолжительность загрузки г -го компонента кормосмеси в бункер ИСРК, с; пк- количество компонентов в кормосмеси.
Определение продолжительности технологического цикла раздачи одной порции кормосмеси (массой G) позволяет вычислить производительность ИСРК и использовать полученные данные для технико-экономической оценки технологической схемы и технических средств для подготовки и раздачи кормосмесей.
Эффективность предлагаемых технических и технологических решений определялась в условиях молочно-товарной фермы на 500 голов базового предприятия проведения исследований - СХ племколхоза «Россия» Новоалександровского района.
В качестве корма животным использовалась кормосмесь, включающая сенаж в рулонах, упакованных в пленку, силос, патока, концентрированные корма и минеральные добавки. Приготовление и раздача кормосмеси осуществлялась измельчителем-смесителем-раздатчиком кормов ИСРК-12 (далее - ИСРК).
Сравнивалось время технологического цикла приготовления и раздачи одной порции кормосмеси массой 3200...3300 кг по существующей и усовершенствованной технологическим схемам.
Загрузка сенажа в рулонах имеет свои особенности, поскольку рулон обвязан шпагатом и обмотан полиэтиленовой пленкой. Перед загрузкой его в ИСРК необходимо удалить упаковочный материал. Продолжительность подготовки и загрузки рулона сенажа в ИСРК при отсутствии предварительного разрезания рулона (по существующей технологии) согласно алгоритму процесса (рисунок 2.1), определяется выражением: згсж захв.р on.p разруп yoyn захв p.o.yn згИСРК \ - /
При существующей технологии переезд агрегата от места загрузки рулона сенажа к месту загрузки следующего компонента занимает меньше времени, чем необходимо для разрушения рулона, и до загрузки следующего компонента значительная часть времени цикла уходит на ожидание распада структуры рулона в ИСРК.
Предлагаемая технологическая схема подготовки и загрузки рулона сенажа в ИСРК вместо ручной операции разрезания упаковки включает операцию предварительного разрезания рулона вместе с упаковкой (рисунок 2.1) разработанным нами устройством, и продолжительность загрузки определяется выражением:
Методика определения коэффициента трения кормового массива сенажа из рулона по стали
Для проведения экспериментов была сделана выборка из пяти рулонов сенажа, упакованных в пленку, заготовленного с одного поля в одни и те же сроки. Определение средней влажности материала рулона сенажа повышенной плотности выполнялось в соответствии с методиками по ГОСТ 27548-97 [39].
Отбор проб осуществлялся в четырехкратной повторности в двух направлениях: от основания рулона к середине и от образующей к центру. Влажность проб сенажа определялась с использованием анализатора влажности «ЭЛВИЗ-2С» 1 (рисунок 3.1), а обработка результатов измерений осуществлялась на компьютере 2. Измерение влажности основано на высушивании навески 3 до сухого состояния. Определение момента окончания сушки и вычисление массовой доли влаги выполняется автоматически самим анализатором.
Перед измерением влажности анализатор прогревался, в соответствии с инструкцией. Затем устанавливались рекомендуемые параметры режима измерения. Для измерения влажности сенажа устанавливали режим № 5, (масса навески 3...5 г, температура сушки 105 С). Проводилась тарировка весового устройства вместе с чистой тарелочкой для исследуемого материала.
Проба измельчалась, и из нее для анализа отбиралась навеска массой около пяти грамм. Ложкой насыпали на тарелочку измеряемую продукцию и аккуратно разравнивали по всей поверхности. Опускали корпус сушилки и нажимали кнопку «ПУСК». После этого включался нагреватель сушильной камеры и запускалась программа измерения влажности.
После полного высушивания подавался звуковой сигнал, и на цифровой индикатор выводится результат измерения, а программа создает файл в компьютере (рисунок 3.2).
При проведении лабораторных исследований из рулонов сенажа повышенной плотности вырезались блоки материала для закладки в камеру лабораторной установки. Для обеспечения заданного значения плотности исследуемого материала производился отбор необходимой массы блока закладываемого материала, которая после подпрессовки обеспечивает заданную плотность материала.
Плотность корма в слоях рулона определяли путем изъятия из исследуемого рулона сенажа порций определенного объема. При этом использовали специально разработанный пробоотборник (рисунок 3.3). Он выполнен в виде цилиндра 1, внутренний диаметр которого 89 мм, и толщина стенки 2 мм. С одной торцовой стороны цилиндра (рабочая часть) кромка вырезана по синусоиде и заточена, другая сторона цилиндра закреплена на фланце 3 [27].
По центру цилиндра установлено направляющее сверло, закрепленное во фланце 2. Удлинитель 3 предназначен для взятия проб в массиве рулона, на глубине до 750 мм. Для определения глубины погружения цилиндра на удлинителе 3 имеется измерительная линейка. Вращение цилиндра 1 осуществляется при помощи дрели 4. Экспериментальные исследования проводились следующим образом, (рисунок 3.4).
Рулон сенажа без снятия упаковочной пленки устанавливали на площадку. Первую пробу отбирали с поверхности рулона, то есть из верхних слоев, на глубину 100 мм. Контроль глубины производили с помощью измерительной линейки. Вторую пробу отбирали с глубины 100...200 мм. Третью пробу отбирали с глубины 300...400 мм. Четвертую пробу отбирали с глубины 400...500 мм, следующую пробу с глубины 500...600 мм. Последнюю пробу отбирали из центра рулона с глубины 600... 750 мм (рисунок 3.5).
Материал отбирался из рулона сенажа в трехкратной повторности на каждой глубине, взвешивался и результаты измерений заносились в таблицу. Плотность корма определялась по зависимости:
Наиболее эффективным способом нарушения целостности рулона сенажа является предварительное разрезание его перед раздачей животным. Резание стебельных кормов в рулоне сопровождается трением режущего элемента о корм, вызывая дополнительные затраты энергии на его преодоление. Для учета влияния трения материала при исследовании процесса резания сенажа в рулоне необходимо знать коэффициент трения материала о рабочую поверхность ножа при различной влажности и плотности [71].
Целью исследования ставили изучение влияния плотности и влажности сенажа на величину коэффициента трения покоя для режущего инструмента. Исследования коэффициента трения покоя для сенажа выполняли по стальной пластине. В качестве исследуемых образцов использовался сенаж из люцерны. Коэффициент трения покоя определяли на установке «Наклонная плоскость», представленной на рисунке 3.6.
Установка состоит из корпуса 1, наклонной плоскости 2 и регулировочного винта 3. Использовалась установка следующим образом. Разместили установку горизонтально и закрепили на наклонной плоскости 2 стальную полосу. Вращением рукоятки винта 3 установили наклонную плоскость 2 в положение, близкое к горизонтальному.
При определении коэффициента трения покоя образец сенажа 4 поверхностью среза поместили на плоскость 2, затем плавным вращением рукоятки винта 3 наклоняли плоскость 2 до момента начала движения образца 4. В этом положении наклонной плоскости с помощью линейки замеряли длину Ht противолежащего катета прямоугольника ABC и рабочую длину L наклонной плоскости.
Зависимость коэффициента трения кормового массива сенажа по стали от влажности и плотности корма
Анализ полученных значений показателей показывает, что внедрение технологии предварительной подготовки рулонов сенажа повышенной плотности с применением разрезающего устройства, позволяет снизить энергозатраты на подготовку и раздачу кормосмесей на 12,3 % и уменьшить удельные прямые эксплуатационные затраты на 11,5 %.
Годовой экономический эффект от снижения прямых эксплуатационных затрат в расчете на 500 голов обслуживаемого поголовья молочных коров составит 339053 рублей при сроке окупаемости дополнительных капиталовложений менее месяца.
Анализ тенденций развития конструкций машин и научного опыта в области механизированной раздачи прессованных кормов позволил разработать конструкцию устройства для предварительного разрезания рулонов сенажа повышенной плотности. Разрезанный рулон сенажа с одной стороны вдоль образующей его цилиндрической поверхности на глубину 250...300 мм легко распадается, что в последующем на 60...80 % сокращает продолжительность измельчения рулона и смешивания сенажной массы с другими компонентами кормосмеси в ИСРК-12.
Полученная зависимость распределения плотности сенажа по слоям рулона подтверждает, что при разрезании рулона на глубину 300 мм нарушается целостность наиболее плотных верхних слоев корма, на которые приходится около 70% массы рулона. Уточненная для сенажа в рулонах зависимость удельной работы сил резания стебельных кормов позволяет учитывать при расчетах технологические особенности корма - его повышенную плотность и влажность в диапазоне 40... 60%.
Для предварительного разрезания рулона сенажа повышенной плотности диаметром 1,4...1,5 м и длиной 1,2 м необходимо использовать устройство с ножом длиной 0,42...0,47 м, имеющим угол резания в пределах 37...43, обеспечивающий минимальные удельные затраты энергии. Сопротивление резанию составляет 1930...6130 Н, что не предъявляет дополнительных прочностных требований к серийным погрузчикам рулонов.
Общая продолжительность технологического цикла от начала загрузки рулонов сенажа и других компонентов рациона в ИСРК до завершения раздачи корма в технологической схеме с предварительным разрезанием рулона составляет 35,5 мин., что на 4,8 мин. меньше, чем при базовой технологии (40,3 мин.). Сменная производительность ИСРК возрастает на 12,1 %.
Внедрение технологии предварительной подготовки рулонов сенажа повышенной плотности с применением разрезающего устройства позволяет снизить энергозатраты на подготовку и раздачу кормосмесей на 12,3 % и уменьшить удельные прямые эксплуатационные затраты на 11,5 %.
Годовой экономический эффект от снижения прямых эксплуатационных затрат в расчете на 500 голов обслуживаемого поголовья молочных коров в условиях базового предприятия - СХ племколхоза «Россия» Новоалександровского района Ставропольского края - на приготовлении и раздаче 7850 т кормосмесей, включающих 1805 т сенажа в рулонах, составил 339053 рублей при сроке окупаемости дополнительных капиталовложений менее месяца.
Рекомендации производству На основании теоретических и экспериментальных исследований определены оптимальные параметры процесса разрезания рулона сенажа, упакованного в пленку. Установлено, что при разрезании верхних слоев рулона с одной стороны вдоль его образующей на глубину 250...300 мм сокращает продолжительность измельчения и смешивания рулона в ИСРК с другими компонентами на 60... 80% и повышает его производительность на 12,1%.
Перспективы дальнейшей разработки темы Разработать для малых фермерских хозяйств рекомендации по совершенствованию технологического процесса приготовления и раздачи корма животным с использованием простой и недорогой конструкции разрезающего устройства. Усовершенствовать устройство для разрезания рулонов сенажа, упакованного в пленку. Разработать дополнительное разрезающее устройство, установленное на верхней части бункера ИСРК, осуществляющего разрезание рулона при его загрузке в бункер с возможностью одновременного удаления упаковочного материала.