Содержание к диссертации
Введение 6
Состояние проблемы, ее содержание и задачи 12
Состояние и направление совершенствования технологий и 12 технических средств заготовки и подготовки к скармливанию кормовых корнеплодов
Характеристика условий функционирования технических 38 средств заготовки и подготовки к скармливанию кормовых корнеплодов в Республике Башкортостан
Постановка проблемы и задачи исследования 44
Концепция формирования комплекта машин и совершенствования 47 технологий для заготовки и подготовки к скармливанию кормовых корнеплодов
Концепция формирования комплекта машин для заготовки и 47 подготовки к скармливанию кормовых корнеплодов
Совершенствование технологий заготовки кормовых 50 корнеплодов
Совершенствование технологий подготовки кормовых 62 корнеплодов к скармливанию
Заключение 64
Теоретические основы проектирования очистителей и измельчителей 66
корнеплодов
3.1 Исследования кулачкового очистителя 66
Кинематика взаимодействия кулачков очистителя с 66 твердыми телами
Силовое взаимодействие кулачков очистителя с твердым 72 телом в режиме транспортировки и очистки вороха
Силовое взаимодействие твердых тел с кулачками 78 очистителя, оборудованного торсионным устройством
Обоснование конструктивных параметров кулачкового 91 очистителя с торсионным устройством
3.2 Исследования шнеково-вальцового очистителя 100
Исследование движения корнеплода в наклонном 100 винтовом конвейере
Взаимодействие корнеплода с рабочими органами 108 шнеково-вальцового очистителя
Исследование движения корнеплода на вальцах 116 очистителя
Энергетические показатели шнеково-вальцового 121 очистителя корнеклубнеплодов
Обоснование оптимальных конструктивных и 124 кинематических параметров шнеково - вальцового очистителя корнеклубнеплодов
3.3 Исследования ножевого измельчителя корнеплодов 131
Исследование рабочего процесса ножевого измельчителя 131 корнеплодов
Обоснование оптимальных конструктивных и 139 кинематических параметров ножевого измельчителя корнеплодов
3.4 Выводы 140
Методология исследований с разработкой методического комплекса и 141 способов определения структурных элементов системы проектирования очистителей и измельчителей кормовых корнеплодов
Программа экспериментальных исследований 141
Методика определения агрофизических и физико-механических 142 показателей кормовой свеклы и других тел очищаемого вороха
Методика определения агрофизических показателей 142 кормовой свеклы
Методика определения физико-механических свойств 143 кормовой свеклы
Определение угла защемления цилиндрического тела 145 между двумя пересекающимися плоскостями
Методика исследования процесса резания корнеклубнеплодов в 147 статических и динамических условиях
Методика лабораторных и полевых экспериментов по 154 исследованию взаимодействия кулачкового очистителя с телами очищаемого вороха
Характеристика условий проведения опытов с кулачковым 154 очистителем
Определение конструктивных параметров секции 158 очистителя с торсионным валом
Определение сил, действующих на корнеплоды и 160 металлические тела в межлопастном пространстве кулачкового очистителя
Определение агротехнических показателей 163
Определение энергетических показателей рабочих органов 165 машины
4.5 Методика исследования шнеково-вальцового очистителя 170 кормовых корнеплодов в условиях кормоцеха
Обоснование и описание устройства для сухой очистки 170 корнеклубнеплодов
Методика исследования шнеково-вальцового очистителя 177
Разработка и исследование устройств для очистки и измельчения 181 корнеплодов
5.1 Некоторые физико-механические и агротехнические свойства 181
кормовой свеклы и других тел очищаемого вороха
Жесткость корнеплодов 181
Угол защемления тел очищаемого вороха 183
Агрофизические характеристики кормовой свеклы 186
Удельная работа резания корнеклубнеплодов 187
5.2 Силовое взаимодействие кулачков смежных секций с твердыми 190
телами и выбор оптимальных параметров очистителя
Конструктивные параметры секций очистителя с 190 торсионным валом
Зависимость силы действующей на тело от положения 194 лопастей кулачков
Зависимость силы действующей на тело от угла между 197 лопастями смежных кулачков
Зависимость силы действующей на тело от угловой 200 скорости вращения секций очистителя
5.3 Результаты полевых испытаний кулачкового очистителя 203
Зависимость агротехнических показателей от 204 поступательной скорости агрегата
Зависимость энергетических показателей от скорости 206 машины
Испытание кулачкового очистителя в неблагоприятных 208 почвенно-климатических условиях
Влияние некоторых режимов уборки кормовой свеклы на ее 210 сохранность
Результаты исследования процесса очистки корнеклубнеплодов 213 на шнеково-вальцовом очистителе в составе линии кормоцеха
Условия испытаний 214
Определение качественных показателей работы 215 очистителя корнеклубнеплодов
Определение энергетических показателей работы 221 очистителя корнеклубнеплодов
Обоснование длины устройства сухой доочистки 223 кормовых корнеклубнеплодов от почвы
Определение повреждаемости корнеклубнеплодов при 225 работе очистителя
5.6 Сопоставление результатов теоретических и экспериментальных 226 исследований шнеково-вальцового очистителя
6 Снижение экологической нагрузки на окружающую среду и расчет 232 экономической эффективности проектных решений
Снижение экологической нагрузки на окружающую среду при 232 реализации предлагаемых технологий
Расчет экономической эффективности и финансовая оценка 242 проектных решений
Основные выводы 252
Литература 255
Приложения
Введение к работе
Актуальность темы. Надежное обеспечение страны продовольствием и сельскохозяйственным сырьем является приоритетным направлением развития агропромышленного комплекса. Эта задача решается в условиях многоукладности агроэкономики и формирования рыночных отношений. Переход к новым формам хозяйствования привел к значительному снижению уровня сельскохозяйственного производства, как в России, так и в Республике Башкортостан. В наибольшей степени это коснулось животноводства, с 2000г по 2004г поголовье коров в сельхозпредприятиях РБ сократилось на 30% и все эти годы животноводство работало с убытком [127]. В большей степени это связано с диспаритетом цен на продукцию животноводства с одной стороны и на оборудование для животноводческих ферм и энергоносители с другой. Отношение цен молока и дизельного топлива у нас в 2-4 раза ниже мировых пропорций, а помощь селу со стороны государства явно недостаточна. Поэтому производители не имеют средств на обновление основных средств в животноводстве.
В Республике Башкортостан выделяются средства из бюджета для закупки новой сельскохозяйственной техники и для приобретения техники по лизингу, созданы машинно-технологические станции. Однако данная техника работает в основном на производстве зерна. Сахарные заводы начинают формировать свои парки машин для возделывания и уборки сахарной свеклы. Передовые перерабатывающие предприятия РБ начинают оказывать финансовую помощь животноводческим фермам, в первую очередь свиноводческим, но эта помощь затрагивает только отдельные хозяйства. Техническая оснащенность животноводческих ферм ухудшается, повышается доля ручного труда в животноводстве. Не высокая продуктивность коров (2100-2300 кг/год) [127] усугубляет положение дел в молочном животноводстве.
Кормовая свекла является молокогонным кормом, однако используется она для кормления коров в ограниченном количестве. Анализ традиционной технологии показывает, что затраты энергии и труда на
возделывание корнеплодов составляют 24,3%) энергии и 23,8%> труда, уборку -46,9%о и 41,3%о и подготовку к скармливанию - 28,8%о и 34,9%). Отсюда следует, что при совершенствовании технологий и технических средств наибольшего внимания заслуживают уборка и подготовка к скармливанию кормовых корнеплодов.
Поля под кормовой свеклой имеют небольшие размеры, особенно сейчас, когда образуются фермерские хозяйства. Поэтому использовать на них мощные шестирядные уборочные комплексы не эффективно. Кроме того, кормовая свекла в августе и начале сентября убирается для подкормки коров, а затем уже идет ее основная уборка. Поэтому технологические приемы, отработанные на уборке сахарной свеклы должны быть приспособлены для заготовки кормовой свеклы.
Другая сложность использования кормовых корнеплодов связана с трудоемкостью подготовки их к скармливанию. В типовых схемах кормоцехов предусматривается мойка корнеплодов. Это влечет за собой повышенные расходы тепла на поддержание положительной температуры в кормоцехе, существенные расходы воды (до 250 кг. на 1 т. корнеплодов) и значительные сложности со стоками загрязненной воды в зимнее время. В существующих измельчителях корнеплодов значительная доля энергии расходуется не эффективно. Нет единого подхода к формированию и совершенствованию работы комплекта машин для заготовки и подготовки к скармливанию кормовых корнеплодов. Указанные сложности на фоне постоянного повышения тарифов на энергоносители, делают кормовые корнеплоды фактически недоступными для кормления сельскохозяйственных животных. Именно поэтому совершенствование технологий и технических средств для заготовки и подготовки к скармливанию кормовых корнеплодов является неотложной проблемой в молочном животноводстве, имеющей большое народнохозяйственное значение.
Цель исследования - обоснование ресурсосберегающих технологий и технических средств заготовки и подготовки к скармливанию кормовых корнеплодов.
Объект исследования - технологические процессы заготовки и подготовки к скармливанию кормовых корнеплодов и устройства для их осуществления.
Предмет исследования - взаимосвязи технологических и конструктивных параметров процесса очистки и измельчения, а также режимов работы очистителей и измельчителей кормовых корнеплодов.
Методы исследований: Системный и структурный анализ и синтез; методы теоретической механики; теории вероятностей; методы математического и физического моделирования; моделирование на ЭВМ; экспериментальные методы.
Научная новизна работы состоит в обосновании и разработке технологий и технических средств для заготовки и подготовки к скармливанию кормовых корнеплодов, обеспечивающих улучшение качественных показателей, снижение энергозатрат и экологической нагрузки на окружающую среду.
Разработаны математические модели взаимодействия тел очищаемого вороха с рабочими органами очистителей кулачкового и шнеково-вальцового типа, позволяющие определять и регулировать силовое воздействие на почвенные комки и корнеплоды.
Новизна предложенных разработок подтверждена 9 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения, 2 свидетельствами на официальную регистрацию программ для ЭВМ.
Практическая ценность работы: Разработаны технологии заготовки и подготовки к скармливанию кормовых корнеплодов, как для крупных сельскохозяйственных предприятий, так и для фермерских хозяйств, и комплект машин для их реализации, отличающихся низкими удельными энергозатратами.
Разработаны инженерные методы расчета рабочих органов машин для заготовки и подготовки к скармливанию кормовых корнеплодов, позволяющие теоретически определять их рациональные параметры, производительность и потребную мощность.
Результаты научно-исследовательских разработок доведены до стадии макетных образцов.
Апробация: Основные положения диссертации доложены на Всесоюзной научно-технической конференции «Итоги и перспективы развития конструкций машин для производства сахарной свеклы и кукурузы на зерно» (УкрНИИСХОМ, 1976г) на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ХИМЭСХ (1973-1976гг), на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава БГАУ (1977-2005 гг), на научно-практической конференции «Проблемы сельского хозяйства и пути их решения» (ПГСХА, 2001 г), на международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития АПК регионов России» (Уфа, 2002г), на международной научно-практической конференции «Пути повышения эффективности АПК в условиях вступления России в ВТО» (Уфа, 2003г), на Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы обеспечения продовольственной безопасности регионов России», (Уфа, 2003г), на Всероссийской научно-практической конференции «Повышение эффективности и устойчивости развития агропромышленного комплекса» (Уфа, 2005г), на научных конференциях ОГАУ (2003-2005гг), на семинаре заведующих кафедрами «Механизация животноводства» (МГАУ, 2003г.), на международных научных конференциях ВНИИМЖ (2004,2005гг).
Реализация результатов диссертационных исследований:
Разработанные технологии и технические средства для заготовки и подготовки к скармливанию кормовых корнеплодов, представляющие собой значимую практическую ценность, внедрены в хозяйствах Республики Башкортостан. Научно-методические материалы по расчету и проектированию очистителей и измельчителей корнеплодов используются в учебном процессе при чтении
лекций, выполнении курсовых и дипломных проектов, учебно-
исследовательских работ на инженерных факультетах 29 сельскохозяйственных
ВУЗов России. Кроме того, материалы работы отражены и реализованы в двух
учебных пособиях с грифами МСХ и УМО и двух программах для ЭВМ:
Ф Юхин Г.П. Алгоритмическое и программное обеспечение для расчетов
параметров средств механизации животноводческих ферм. - Уфа: БГАУ, 2002.
» -188 с.
Ананьин А.Д., Юхин Г.П., Нешитая Г.Ф. Бизнес-планирование в дипломных проектах по механизации производства и переработки продукции животноводства. - Уфа: БГАУ, 2002. - 105 с.
Свидетельство (РФ) об официальной регистрации программы для ЭВМ
№2005610989. Шнек наклонный / Карташов Л.П., Юхин ГЛ., Мартынов В.М.,
Катков А.А. - Зарегистр. в Реестре программ для ЭВМ 22.04.2005.
Свидетельство (РФ) об официальной регистрации программы для ЭВМ
№2005610990. Шнек вертикальный / Карташов Л.П., Юхин Г.П., Мартынов В.М., Катков А.А. - Зарегистр. в Реестре программ для ЭВМ 22.04.2005.
Публикации: Содержание диссертации отражено в 56 печатных работах
общим объемом 36,8 п.л., в т.ч. в 16 статьях в центральных журналах и трудах
ведущих ВУЗов и НИИ, двух учебных пособиях с грифами МСХ РФ и УМО,
монографии, рекомендации Россельхозакадемии и одиннадцати авторских
* свидетельствах, патентах и свидетельствах о регистрации программ. Лично
автору принадлежит 26,6 усл.печ.л.
На защиту выносятся следующие положения:
разработка структурной модели формирования и совершенствования работы комплекса машин для заготовки и подготовки к скармливанию кормовых корнеплодов;
обоснование ресурсосберегающих технологий заготовки и подготовки к скармливанию кормовых корнеплодов;
теоретические модели взаимодействия кулачков очистителя с телами очищаемого вороха, теоретические положения по обоснованию
параметров и режимов работы кулачкового очистителя кормовых корнеплодов;
теоретические модели движения корнеплода при взаимодействии с
рабочими органами шнеково-вальцового очистителя, теоретические
^ положения по обоснованию параметров и режимов работы устройства
шнеково-вальцового типа для сухой доочистки кормовых корнеплодов;
обоснование экологической и экономической эффективности
предложенных технологий и технических средств.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованной литературы из 201 наименования. Работа изложена на 272 страницах машинописного текста, содержит 95 рисунков, 27 таблиц и 6 приложений.
Личный вклад автора во всех этапах выполнения диссертации является
^ определяющим. Лично автором разработаны основные теоретические
положения работы, программа и методики исследования.
Под руководством и при непосредственном участии автора разрабатывались технические задания и документация при проектировании опытных образцов предложенных устройств, выполнялись экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях, обрабатывались и анализировались результаты, давалось научное обоснование выводов и рекомендаций. В работах, выполненных в соавторстве, автором сделан основной вклад, им сформулированы цели и задачи исследования, обобщены результаты.
Огромную благодарность и признательность автор выражает научному консультанту д.т.н., проф. Л.П. Карташову.
Под руководством автора в решении отдельных вопросов, связанных с изготовлением и исследованием рабочих органов принимали участие к.т.н., доц. В.М. Мартынов, к.т.н. А.А. Катков, A.M. Калимуллин. Всем им автор выражает искреннюю благодарность.
