Исследование процесса прессования объёмистых кормов в прессовальной камере рулонного пресс-подборщика с частично свободной цепью подачи Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Исследование процесса прессования объёмистых кормов в прессовальной камере рулонного пресс-подборщика с частично свободной цепью подачи

И.В. Кокунова, канд. техн. наук; Т.Е. Фёдорова-Семёнова, канд. с.-х. наук ФГБОУ ВО Великолукская ГСХА

Производство качественного рулонного сенажа зависит не только от строгого соблюдения требований кормозаготовительной технологии, но и от характера протекания процесса формирования рулона, определяемого конструкцией пресс-подборщика. В зависимости от конструкции прессовальной камеры пресс-подборщики подразделяются на машины с камерой постоянного объёма, изменяющегося объёма и комбинированной. Они образуют рулоны разной плотности и равномерности прессования по диаметру рулона. При прессовании массы в камерах постоянного объёма уплотнение происходит только после полного заполнения прессовальной камеры. Поэтому плотность в центре рулона является более низкой и только наружные слои являются более плотными. В камерах изменяющегося объёма рулоны прессуются обычно цепочно--планчатыми или ленточными контурами, а уплотнение поступающего материала происходит непрерывно. Такие рулоны имеют по всему диаметру примерно одинаковую плотность. В комбинированных камерах прессования сочетаются оба этих принципа. При заготовке рулонного сенажа особое значение играет плотность и равномерность прессования массы, так как неравномерная плотность рулонов и их рыхлое ядро способствуют сохранению в растительной массе большого количества воздуха и создают благоприятные условия для протекания процессов брожения, что приводит к ухудшению качества корма. Авторами статьи предложено новое конструктивное решение прессовальной камеры рулонного пресс-подборщика с цепочно-планчатым прессующим контуром. Проведённые теоретические изыскания свидетельствуют о том, что наклонный участок цепочно-планчатого транспортёра является необходимым элементом конструкции прессовальной камеры, позволяющим формировать более плотные и равномерные рулоны растительного корма.

Ключевые слова: пресс-подборщик, камера прессования, равномерность прессования, плотность прессования, рулонный сенаж.

Современные рулонные пресс-подборщики -это высокопроизводительные кормоуборочные машины, характеризующиеся большим многообразием различных моделей. В зависимости от конструкции прессовальной камеры пресс-подборщики подразделяются на машины с камерой постоянного объёма, изменяющегося объёма и комбинированной. Они образуют рулоны разной плотности и равномерности прессования по диаметру формируемого рулона [1].

При прессовании растительной массы в камерах постоянного объёма уплотнение происходит только после полного заполнения прессовальной камеры. Поэтому плотность в центре сформированного рулона относительно низкая и только наружные его слои имеют высокую плотность. В камерах прессования изменяющегося объёма рулоны прессуются и формируются обычно цепочно-планчатыми или ленточными контурами, а уплотнение поступающего материала происходит непрерывно во время процесса прессования. Такие рулоны имеют по всему диаметру примерно одинаковую плотность. В комбинированных камерах прессования сочетаются оба этих принципа. Сначала камера наполняется рыхлой растительной массой до диаметра 0,6 - 0,9 м, после чего происходит её непрерывное уплотнение [2, 3].

При заготовке рулонного сенажа особое значение имеют плотность и равномерность прессования сенажируемой массы, так как неравномерная плотность рулонов и их рыхлое ядро способствуют сохранению в растительной массе большого количества воздуха. Кислород воздуха

создаёт благоприятные условия для протекающих в рулонах процессов брожения, что приводит к снижению качества заготавливаемого корма и, как следствие, его питательной ценности [4, 5].

Материал и методы исследования. Исследованием процессов прессования растительных материалов и распределением давлений в прессовальных камерах рулонных пресс-подборщиков занимались такие видные учёные, как В.И. Осо-бов, Г. Д. Хайлис, А.А. Григорьев и др. [6]. Однако до сих пор изучение процессов формирования рулонов актуально, так как создаются новые модели машин с более совершенными камерами прессования [7, 8].

Если рассматривать процесс прессования растительной массы в камере прессования постоянного объёма [6], то действующее в ней давление прессования Р и текущая плотность материала, заполняющего прессовальную камеру р, будут связаны соотношением:

Р = 0,5рга2г2 +

(

+£ Б1П ф| р

V

я

Г0082 ф

Л

^Я2 - г2со82

^ + 81И ф

ф

(1)

где

ю= — - угловая скорость вращения рулона; Я

V - линейная скорость цепочно-планчатого транспортёра (прессующего контура); Я - радиус формируемого рулона (примерно равный радиусу прессовальной камеры); г - расстояние от геометрической оси вращения рулона до некоторой точки рулона;

Г

g - ускорение свободного падения; ф - угол между радиальной плоскостью, проходящей через геометрическую ось вращения, и точку с горизонтальной плоскостью.

Для среднего углового значения среднее давление прессования равно:

2л Рй Ф

Р =

2л '

а средняя угловая плотность определяется зависимостью:

2л

-Г

рй Ф

0 2л

Тогда из выражения (1) следует:

к

Р = 0,5рю2г2 - 0,5g |рйг .

(2)

Для различных растительных материалов зависимость давления прессования от текущей плотности описывается выражением:

Р = С (е

а( Р-Ро)

-1),

(3)

2 2 ю Г

Ч1+СI-£ Г1п I1+СIйг

(4)

2а I С I 2аI С

г 4

Подставив в выражение (4) Р = 0 и решив квадратное уравнение:

ю2г2 + gг - gR = 0, приходим к выводу, что в цилиндрической области ( I--I

г <-

2юе

1 +

4ю2 К

-1

давление прессования Р отсутствует.

При

4ю2 К g

< 1 давление отсутствует во всём

объёме камеры прессования.

Результаты исследования. Для устранения нежелательных явлений, возникающих при формировании рулонов в камере постоянного объёма, в Великолукской ГСХА предложено новое техническое решение по модернизации

прессовальной камеры. Для этого предлагается разделить цепной контур прессующего транспортёра на три части, а среднюю часть сделать поворотной вокруг нижнего вала на некоторый угол а навстречу поступающему потоку травяной массы (рис. 1) [9]. Данное техническое решение позволит получать более плотные и равномерные по плотности рулоны сенажируемой массы, так как процесс прессования будет начинаться значительно раньше.

В центре камеры О возникает давление Р3, обусловленное движением поступающей растительной массы, ограниченное нижней ветвью транспортёра задней части прессовальной камеры, давление Рс от вращения рулона свободным участком транспортёра вокруг смещённой геометрической оси вращения Ос и давление Рт обусловленное силой тяжести наклонной части транспортёра.

Тогда полное давление на оси О равно:

Ро = Рз + Рс + Рт.

(5)

где С и а - коэффициенты, определённые экспериментально для различных видов объёмистых кормов и зависящие от их исходной влажности. С увеличением влажности материала эти коэффициенты уменьшаются; р0 - начальная плотность материала при давлении равном С(е - 1). С.В. Мельников, проанализировав все зависимости, предложенные различными авторами, назвал уравнение (3) основным уравнением или законом прессования кормов, отражающим физическую сущность процесса и определяющим зависимость нормального давления от плотности [6]. _

Определим из зависимости (3) р, подставим данное значение в выражение (2) и получим равенство:

Р = 0,5р0ю2г2 -0^р„ (К -г) +

Давление Р3 можно вычислить, если предположить, что в выражении (1) р = р0. Затем вычислим интегралы по г, усредним по углу ф

в интервале (3 л; 2л | и подставим г > 0. Тогда ^2 1

2Р0 gR

Р3 =:

л

(6)

Чтобы вычислить давление Рс, подста-

а

вим в формулу (1) р = р0, г = ООс = 2К sin—,

л-а л а 2

Ф = а +—2— = 2+~2 и проинтегрируем по г. В

результате получим выражение:

Рс = 2р0ю2 R2sin2 а +

(7)

п а

+Р0 gR

(

и , ■ 4 а sin а-. |1 - 4sin —

Рис. 1 - Схема рулонного пресс-подборщика с частично свободной цепью подачи:

1 - рама; 2 - прижимная решётка; 3, 6 - питающие вальцы пресс-камеры; 4 - передний прессующий контур; 5 - центральный прессующий контур; 7 - задний прессующий контур; 8 - колёсный ход; 9 - барабанный подборщик

г

Теперь найдем Рт. Элемент прессующего транспортёра с цепью, наклонённый под углом а, находится в квазиравновесии под действием давления поступающей массы снизу и силы тяжести транспортёра. Условие равновесия сводится к равенству момента силы давления и моменту силы тяжести £йт относительно оси поворота В подвижной части транспортёра:

ёР^В = где ВВ = Я 8т0;

9 - угловая координата элемента транспортёра массой ёт в цилиндрической системе координат, связанной с осью Ос;

EB = 2R sin—cos 2

Поскольку PT =

тс-( 2

dFg

-а 1 = 2R sin — sin I —+ а 2 12

g

dS

где dS - площадь элемента транспортёра, а -

dm

ц =- поверхностная плотность массы

dS

транспортёра, то

0 Г0

РтR sin 0 = 2|MgR sin ^ sin I ^ + а

0 0

С учётом равенства sin 0 = 2sin—cos— для Рт получим выражение: 2 2

Mg sin

Рт =

0

а

cos

0

Ось О имеет угловую координату

тс-а тс а

Jo

(8)

(9)

2 2 2

Подставим выражение (9) в зависимость (8) и получим:

. Гтс 3 Mg sin I-

Рт = -1-(10)

а

cos I —

Подставим (6), (7), (10) в (5) и найдём давление Р0 в геометрической оси камеры прессования:

Mg sin

Ро =-

тс

4 4

а

cos I —

+gpo R

-2р0 ю2 R 2 sin2 —-0 2

(11)

sin а-. 11 - 4sin4 а

> а ^ cos— 2

j

Практический интерес представляет угол на-%

клона а = — = 90°. 2

В этом случае согласно (11) получим зависимость:

Ро =Mg + Po®2 R 2

(

Po gR

V2 > 2

(12)

Согласно выражению (12) Р0 значительно превышает давление у стенки обычной камеры.

Оценим плотность рулона рос в центре. Из выражения (3) следует:

P = Po + а~

lln

1 + Mg-

C

р0ю2 R2

C

Po gR

72 ^ 2

C

(13)

Согласно выражению (13) текущая плотность значительно больше плотности массы, поступающей в прессовальную камеру. С уменьшением угла наклона а давление Р0 уменьшается и при а = 0 оно становится равным:

Р0 =М&-£Р0яI1 -- ]•

Таким образом, наклонный участок цепного транспортёра (центрального прессующего контура) является необходимым условием для получения рулонов с более равномерной плотностью прессования.

Вывод. Проведённые теоретические изыскания показали, что наклонный участок цепочно-планчатого транспортёра является необходимым элементом конструкции прессовальной камеры рулонного пресс-подборщика, позволяющим формировать более плотные и равномерные по плотности рулоны растительного корма. Полученные математические зависимости можно использовать при расчётах конструктивных параметров рулонных пресс-подборщиков с цепочно-планчатым прессующим контуром.

Литература

1. Кокунова И.В., Жуков А.А., Подчекаев М.Г. К вопросу повышения качества сенажа, заготавливаемого в сложных погодно-климатических условиях // Вестник КрасГАУ. 2019. № 1. С. 51 - 55.

2. Эффективность использования различных моделей рулонных пресс-подборщиков на заготовке сенажа / А.В. Орлянский, И. А. Орлянская, С.Н. Капов [и др.] // Вестник аграрной науки Дона. 2018. Т.4. № 44. С. 86 - 90.

3. Производство грубых кормов. В 2-х кн. / под общ. ред. Д. Шпаара. Торжок: ООО «Вариант», 2002. Кн. 1. 360 с.

4. Кокунова И.В., Жуков А.А. Влияние внешних и внутренних факторов на температурные поля в рулонах сенажа // Современные проблемы освоения новой техники, технологий, организации технического сервиса в АПК: матер. междунар. науч.-практич. конф. В 2 ч. Ч. 2. Минск: БГАТУ, 2014. С. 66 - 70.

5. Орлянская И.А., Орлянский А.В., Малиев В.Х. Обоснование допустимого периода времени от формирования рулона сенажа до упаковки его в плёнку // Вестник АПК Ставрополья. 2016. № 1 (21). С. 24 - 28.

6. Особов В.И. Механическая технология кормов. М.: Колос, 2009. 344 с.

7. Кокунова И.В., Смирнов Е.В. Повышение плотности и равномерности прессования сенажных рулонов // Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования: сб. науч. трудов междунар. науч.-практич. конф. СПб.: Изд-во СПб ГАУ, 2016. С. 395 - 398.

8. Салеев Ф.И., Лавренов О.А. Совершенствование прессовальной камеры рулонного пресс-подборщика // Новая наука: Современное состояние и пути развития. 2015. № 4 - 1. С. 88 - 91.

9. Кокунова И.В., Куренков А.Г., Волошин Ю.И. Увеличение плотности и равномерности прессования рулона // Сельский механизатор. 2009. № 7. С. 7.

Кокунова Ирина Владимировна, кандидат технических наук, доцент Фёдорова-Семёнова Татьяна Евгеньевна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент ФГБОУ ВО «Великолукская государственная сельскохозяйственная академия» Россия, 182112, Псковская область, г. Великие Луки, пр-т Ленина, 2 Е-mail: fste@vgsa.ru; i.kokunova@yandex.ru

Studies on the process of bulky feeds pressing in the bale chamber of a roll baler with a partially free flow circuit

Kokunova Irina Vladimirovna, Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor Fedorova-Semenova Tat'yana Evgen'evna, Candidate of Agriculture, Assistant Professor Velikoluksk State Agricultural Academy 2 Lenin Ave., Velikie Luki, Pskov region, 182112, Russia Е-mail: fste@vgsa.ru; i.kokunova@yandex.ru

Production of high-quality roll haylage depends not only on compliance with the requirements of forage technology, but also on the nature of the roll forming process, determined by the design of the baler. Depending on the design of the press chamber balers are divided into machines with a constant volume chamber, variable and combined. They form rolls of different density and uniformity of pressing. When pressing the mass in the chambers of constant volume, the seal occurs only after the chamber is fully filled. Therefore, the density in the center of the roll is lower. In chambers of varying volume, the compaction of plant material occurs continuously. Such rolls have approximately the same density throughout the diameter. In combined pressing chambers, both of these principles are combined. Uneven density of rolls and loose core contribute to the preservation of a significant amount of air in them and creates favorable conditions for fermentation processes, which leads to deterioration of feed quality. The authors of the article proposed a new design solution of the press chamber of the roll baler with a chain-planed pressing circuit. The conducted theoretical researches testify that the inclined site of a chain-planed conveyor is the necessary element of a design of the pressing chamber allowing to form more dense and uniform rolls of a haylage forage.

Key words: baler, a pressing chamber, the uniformity of the compaction, density compaction, roller silage. -♦-

УДК 621.3, 637

СВЧ-установка непрерывного действия для размораживания и разогрева коровьего молозива

Г.В. Новикова1, д-р техн. наук, профессор; А.А. Тихонов2, канд. техн. наук;

М.В. Белова1, д-р техн. наук; О.В. Михайлова1, д-р техн. наук

1 ГБОУ ВО Нижегородский ГИЭУ

2 ФГБОУ ВО Нижегородская ГСХА

Цель работы - разработка СВЧ-установки, обеспечивающей сохранность иммуноглобулинов при непрерывных процессах размораживания и разогрева коровьего молозива в отдельных резонаторах с разными удельными мощностями для сокращения продолжительности воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты и обеспечения электромагнитной безопасности. Проведён обзор существующих технологий и размораживателей коровьего молозива, выделены их недостатки. Проанализированы изменения электрофизических и теплофизических параметров коровьего молозива в зависимости от температуры и частоты электромагнитного поля с определением глубины проникновения волны. Теоретически описана динамика нагрева молозива в ЭМПСВЧ с учётом изменения электро-теплофизических параметров в процессе размораживания и разогрева. Разработаны радиоволновые установки с различными конструкционными исполнениями резонаторов, обеспечивающие реализацию основных критериев, предъявляемых к СВЧ-технике и технологическому процессу размораживания и разогрева коровьего молозива. Изготовлен лабораторный образец СВЧ-установки, наиболее удовлетворяющий по производительности электромагнитной безопасности и эксплуатационным затратам. Даны оценки биологической ценности размороженного и разогретого коровьего молозива традиционным способом (на водяной бане) и воздействием ЭМПСВЧ, электромагнитной безопасности при работе с изготовленной СВЧ-установкой, эффективности применения СВЧ-установки в фермерских хозяйствах: продолжительность воздействия ЭМПСВЧ 6 - 8 мин., мощность СВЧ-генераторов 1,6 кВт, производительность установки 16 - 18 кг/ч, энергетические затраты - 0,15 кВт-ч/кг, температура нагрева 36 - 38 °С. В результате использования предложенной установки появляется возможность равномерного размораживания и разогрева сырья за счёт регулирования мощности отдельных генераторов, воз-