CC BY
10
Дугушкин Николай Васильевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Мордовский Государственный университет им. Огарева Тел. 8(927)275-56-23 E-mail: mail@okloza.ru
Милосердов Николай Васильевич, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ Российская инженерная академия менеджмента и агробизнеса Тел. 8(903)559-98-26 E-mail: nsidorov@indox.ru
Кулешов Владимир Ефимович, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Председатель СППК «Луч» Тел. 8(499)182-80-01 E-mail: mail@okloza.ru
The considered nature of the behaviour is dyed-motley limousine of the heifers at pasture period and at contents for opened platform in autumn-winter period. They are brought comparative features to dayly length different view to activity beside heifers of the uterine age in pasture and autumn-winter period.
Keywords: The agricultural enterprises, meat product, behaviors animal, method of the time study, method of the visualization, pasture, is dyed-motley limousine.
УДК 631.374:621.369.4
НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПОГРУЗОЧНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМ С УЧЕТОМ СООТНОШЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ КАЧЕСТВ И СТОИМОСТИ
М.А. Тищенко С.А.Беляев
Обоснован вилочно-ковшовый захват к фронтальным погрузчикам, который в зависимости от вида погружаемых материалов может превращаться в вилы или ковш за счет откидного днища с боковинами, что позволяет обойтись на фермах одним погрузчиком.
Ключевые слова: погрузчик, вилочно-ковшовый захват, корма.
В настоящее время на фермах крупного рогатого скота не менее 50% всех затрат, связанных с кормлением животных, приходится на выемку из хранилищ и погрузку кормовых материалов. Это во многом объясняется недостатками серийных погрузочных средств.
Так, при выемке сенажа и силоса из траншей с помощью грейферных и фронтальных погрузчиков, работающих по принципу отрыва порций от монолита, нарушается целостность и герметичность его не менее чем на 2м. Проникающий воздух в разрыхленный слой активно окисляет корм и снижает его питательность до 13%, каротина на 40...60%, перевариваемого протеина 6...8% [1]. При теплой погоде и больших интервалах между отборами с открытой поверхности потери от порчи могут быть более значительными. Поэтому 40-50 лет назад основное внимание было уделено созданию погрузчиков фрезерного ПСК-5 и счесывающего типа ПСС-5,5, которые при отборе силосованных кормов обеспечивали целостность монолита. Однако вследствие недостаточной универсальности по видам погружаемых материалов они не получили широкого применения. К дополнению к ним для погрузки грубых кормов были созданы погрузчики-измельчители соломы ФН-1,2 и ФН-1,4, которые в настоящее время нигде не применяются вследствие своей узкой направленности.
Позднее за рубежом широкое распространение получил способ блочной выемки силоса вырезанием порциями в виде прямоугольных призм. В нашей стране этот способ достаточно хорошо изучен Рыбалко А.Г. и Павловым И.М. [1]. По результатам их работ было создано устройство для выемки силоса «Аллигатор» КС-00.000, навешиваемое на фронтальный погрузчик ПКУ-0,8.
С целью увеличения скорости отрезания порции корма от массива и, как следствие, производительности погрузчика в нем применен рабочий орган отрезающего типа с двумя боковыми и одним фронтальным ножом, в западной практике именуемый как «аллигаторного» типа. При этом способе выемки связи отделяемой порции с массивом с передней и боковых сторон полностью нарушаются резанием фронтальным и боковыми ножами, что ведет к снижению сопротивления отрыву порции и, как следствие, нагрузок на стрелу погрузчика, раму и передний мост трактора.
Однако такой рабочий орган работоспособен только на мелкоизмельчен-ном силосе и сенаже. На крупноизмельченных силосованных кормах, а также на грубых кормах и тем более в случаях попадания инородных предметов, надежность его работы низкая, что не позволило ему получить широкое распространение.
Кроме силосованных и грубых кормов на животноводческих фермах используются сыпучие корма (концкорма), погрузка которых осуществляется, как правило, фронтальными погрузчиками, оборудованными ковшами. Поэтому за рубежом фронтальные погрузчики применяются с быстросъемными рабочими органами: ковшом и вилами. К сожалению, в нашей стране с суровыми климатическими условиями, обуславливающие грязекормовые намерзания на присоединительных устройствах, не всегда можно быстро заменить рабочие органы не выходя из кабины трактора. Поэтому на отечественных фермах они не получили широкое распространение, на которых, как правило, применяются два погрузчика для сыпучих и стебельчатых кормов на двух тракторах.
С целью расширения функциональных возможностей фронтальных погрузчиков для погрузки всех видов кормов СКНИИМЭСХом разработано приспособление к погрузчику ПКУ-0,8 [1], представляющее собой фрезерующий рабочий орган, заимствованный от фуражира ФН-1,2 и установленный над ковшом на дополнительной стреле. Привод его осуществляется от дополнительной гидросистемы, заимствованной от погрузчика-экскаватора. При отборе силосованных кормов погрузчик не разрыхляет «монолит», что снижает потери питательной ценности кормов за счет исключения вторичной ферментации. Для подбора с пола хранилища отфрезерованных разрыхленных кормов погрузчик оборудован вилко-ковшовым захватом, оснащенный двумя боковыми и нижними пальцами, к которым приварено сплошное днище с задней и двумя боковыми стенками (патент РФ №2963139 Заявка №2008120454/12 от 22 мая 2008г. Опубликовано:10.08.2009. Бюл.№22). Недостатками таких устройств являются сложность конструкции за счет наличия отрезных устройств, снижения производительности вследствие двухстадийной погрузки: в начале материал отрезается от «монолита» и сбрасывается на пол хранилища, откуда он затем подбирается вилко-ковшовым захватом, при этом вилко-ковшовый захват может внедряться только в разрыхленный материал, получаемый после отделения его от монолита другими отрезными устройствами.
Для устранения этих недостатков предлагается универсальный фронтальный погрузчик с вилочно-ковшовым захватом (рис. 1), включающим нижние и два боковых пальца с режущими вертикальными ножами, днище с двумя боковинами, заднюю стенку, закрепленные к несущей раме, в верхней части которой установлен поворотный пальцевый отделитель, приводимый в действие двумя гидроцилиндрами, отличающийся тем, что пальцы поворотного отделителя оснащены сегментными ножами, а днище с двумя боковинами вилочно-ковшового захвата выполнено поворотным с фиксацией в крайних положениях пружинным механизмом (рис. 2), а в задней стенке захвата имеются две щели для прохода боковин при повороте днища.
2 - фронтальное погрузочное сред-
захватом: 1 - энергетическое средство (трактор);
Рис.1. Универсальный фронтальный погрузчик с вилочно-ковшовым
ство;
3 - вилочно-ковшовый захват
11 ю
4 5 6 7 8 9 16 7 13 4 8 6 12 7 16
Рис.2. Вилочно-ковшовый захват: 4 - нижние пальцы; 5 - боковые пальцы; 6 - днище; 7 - боковины; 8 - задняя стенка; 9 - несущая рама; 10 - поворотный пальцевый отделитель; 11 - гидроцилиндры; 12 - пальцы отделителя; 13 - сегментные ножи;
14 - пружинный механизм; 15 - щели в задней стенке; 16 - ось поворота днища
При этом в опущенном к нижним пальцам положении днище с боковинами вместе с задней стенкой образуют ковш, а при повороте на 900 с помощью тросового или гидравлического привода, управляемого из кабины трактора, освобождаются нижние пальцы и они превращаются в вилы. Таким образом, в зависимости от вида погружаемых материалов захват может превращаться в вилы или ковш за счет откидного днища с боковинами.
Погрузчик работает следующим образом. Напором трактора пальцы нижних вил внедряются в кормовой массив, при этом ножи боковых пальцев частично перерезают боковые поверхности отделяемого блока. Затем с помощью гидроцилиндров приводится в движение пальцевый отделитель с ножами. Последний, очерчивая траекторию по дуге, перерезает часть фронтальной поверхности отрезанной порции корма, при этом инородные включения (камни, металлические включения и др.) за счет сдвига их сегментными ножами в просветы между пальцами не приводят к выходу из строя отделителя или к прекращению внедрения пальцев в массив, что имеет место при отрезании порций корма от массива сплошными ножами. Затем захваченная порция корма запрокидыванием вил с последующим подъемом стрелы отрывается по основанию и стенкам, поднимается вверх и погружается в транспортные средства. Наличие сегментных ножей на концах пальцев обеспечивает уменьшение сопротивления внедрения пальцевого отделителя в массив, что позволяет увеличить вместимость вилочно-ковшового захвата, следовательно, и производительность погрузчика.
Для работы погрузчика на сыпучих кормах днище с боковинами из кабины трактора с помощью тросового или гидравлического привода поворачивается на 900 и фиксируется в прижатом к нижним пальцам положении пружинным
механизмом, т.е. захват превращается из вил в ковш. За счет этого обеспечиваются широкие технологические возможности и универсальность по видам погружаемых материалов без дооборудования фронтальных погрузчиков сложными, ненадежными и дорогими отрезающими устройствами (фрезами, пилообразными и черенковыми ножами, режущими цепями и др.) или сменными рабочими органами.
Вследствие простоты конструкции, повышения надежности и производительности, низкой стоимости повышается эффективность использования всего погрузочно-кормораздаточного комплекса на фермах. При оснащении серийных фронтальных погрузчиков предлагаемым устройством можно обойтись на животноводческих фермах одним погрузочным агрегатом на одном тракторе вместо двух погрузчиков с двумя тракторами.
В связи с высокой эффективностью и перспективностью предлагаемой конструктивно-технологической схемы фронтального погрузчика с вилочно-ковшовым захватом возникает необходимость в обосновании рациональных его параметров.
Ранее проведенными исследованиями [1] было выявлено, что вмест-миость ковша погрузчика на тракторе класса 1,4ТС должна быть равной не менее 1м . Ее можно обеспечить за счет ширины и высоты захвата, а также длины его зубьев. Рациональные значения их определим из следующих соображений.
Исследованиями [2] было выявлено, что отделение блока по основанию от кормового массива следует осуществлять отрывом, так как удельные сопротивления разрыву в горизонтальной плоскости для силоса и сенажа составляют соответственно 1,6кПа и 1,8кПа, что меньше сопротивления разрыву в вертикальной плоскости в 12-12,5 раз. Поэтому ширину захвата целесообразно принимать максимально возможной из условия обеспечения внедрения нижних вил в массив. Усилие на внедрение нижних вил зависит от количества и длины зубьев вилочного захвата, профиля и размеров их поперечного сечения.
Усилие на внедрение вил в массив, развиваемое энергетическим средством (трактором) можно определить из выражения
Р = Ркр + Рин , (1)
где Ркр - толкающее усилие на фронтальном погрузчике, численно равное тяги на крюке;
Рин - сила инерции трактора с погрузчиком.
Ркр = &ф, (2)
где ф - коэффициент сцепления. Для асфальта ф = 0,6 - 0,75, укатанного снега ф = 0,3 - 0,4, для сухой грунтовой дороги ф = 0,6 - 0,8;
G - сила тяжести трактора и фронтального погрузчика. Для трактора МТЗ-82 Gтр = 3555кг, для погрузчика ПКУ-0,8 Gп = 908кг.
Подсчет по формуле 2 показал, что Ркр в хранилищах с твердым покрытием составляет 3124,1 кг, в зимнее время по укатанному снегу 1562кг.
Рин = (Шр + Шд) , (3)
где ] - ускорение при внедрении вил, м/с2;
Штр; тп - масса трактора и погрузчика, кг.
Штр = О^; Шп = Оп/Б , (4)
где § - ускорение свободного падения, § = 9,81 м/с.
(5)
где ун - начальная скорость трактора, км/ч. Примем ун = 3,6км/ч = 1м/с; ук - конечная скорость трактора км/ч, ук = 0; 1 - время внедрения вил, с; 1 = Ь / увн,с; Ь - длина вил, м. Априорно примем Ь = 0,8м; увн - средняя скорость внедрения, км/ч; увн = 0,5км/ч.
Тогда
1 = Ь / Увн = 0,8 / 0,5 = 1,6с. (6)
С учетом полученного значения 1 при ун = 3,6км/ч ] = 1^ = 0,625 м/с2. (7)
Подставляя ] в выражение 3 получим Рин = 284кг.
Откуда видно, что сила инерции трактора и фронтального погрузчика на первой и второй передачах значительно меньше напорного усилия по сцепному весу на твердом покрытии днища хранилища и по укатанному снегу.
Требуемое усилие на внедрение нижних вил в массив определим из следующих соображений.
Проведенными исследованиями [2] было выявлено, что усилие внедрения от глубины погружения зуба круглого сечения можно определить из выражения
Б = 2,45795Ь . (8)
Если принять Ь = 0,8м, то Б = 1,966кН = 196,6 кг.
Если допустить, что все зубья захвата испытывают одинаковое усилие при внедрении, и в летний период в хранилищах развиваемое тяговое усилие трактора достигает 3124,1 кг, то в захвате можно применить следующее количество зубьев
7 = 3124,1 / 196,6 = 15шт.
В зимний период на снегу, когда Ркр = 1562 кг число зубьев составит
7 = 1562 / 196,6 ~ 8шт.
Так как два боковых зуба с вертикальными ножами испытывают примерно двойные нагрузки, что окончательно примем 11 нижних зуба и два боковых. Однако в зимнее время, вследствие низкого коэффициента сцепления на снегу тягового усилия трактора будет недостаточно для внедрения таких вил. Поэтому в этот период необходимо будет работать с дополнительным использованием силы инерции трактора с погрузчиком, то есть перед внедрением вил необходимо будет достичь начальную скорость агрегата до 5 м/с. В случае если по каким-то причинам не удастся соблюсти такой режим, то придется внедрять часть зубьев вил, то есть работать вилами меньшей ширины или с меньшим заглублением зубьев.
Ширину нижних вил определим из следующих соображений. Практика показала, что допустимые просыпания измельченных силосованных и стебельчатых кормов между зубьями вил имеют место при расстоянии между зубьями равном 140-169 мм. Примем расстояние между центрами зубьев диаметром 40мм, принятым из прочностных соображений, равным 185мм. Тогда при 11 зубьях расстояние между крайними зубьями будет 185 х 10 = 1850мм, а общая ширина рамки, на которой крепятся зубья, составит около 2000мм.
Определим параметры верхнего пальцевого отделителя из соображений максимально возможного отрезания порции корма от массива по фронтальной поверхности. Выше указывалось, что удельное сопротивление разрыву в вертикальной плоскости в среднем в 12 раз больше удельного сопротивления разрыву в горизонтальной плоскости [2]. Это объясняется тем, что частицы консервированного корма имеют ярко выраженную горизонтальную ориентацию и поэтому связи между слоями в горизонтальной плоскости наименьшие. Это учтено при выборе способа отделения блока корма от массива: максимальная ширина блока при допустимой его высоте.
Сопротивление перемещению режущего ножа складывается из сопротивления сжатию кормового массива, сил трения и сопротивления резанию. Исследования [2] выявлено, что для ножа с остротой лезвия 0,01мм и толщиной 3-4 мм удельное сопротивление резанию кукурузного силоса составляет 16-20 Н/мм, сенажа - 20-29 Н/мм; угол заточки режущего элемента должен быть в = 25 - 260.
Верхний пальцевой отделитель приводится в действие двумя гидроцилиндрами с диаметром поршня 80мм. При давлении в гидросистеме равном 160атм они развивают усилие 16276,8кг. Расчет показал, что при принятой кинематической схеме привода отделителя вертикальное усилие на пальцы в конце процесса прорезания массива составит 2259,4кг. Если принять максимальное удельное сопротивление на сенаже 29Н/мм, то расчетное суммарное значение длины ножей составит 2259,4/2,9 = 779,1 мм. При принятом количестве пальцев отделителя равном 11 длина отдельного ножа составит 70,8мм. Поэтому можно принять серийные сегментные ножи с насечкой шириной 70-90мм.
Выбор параметров поворотного днища с боковинами не требует глубоких научных исследований, они принимаются из конструктивных соображений.
Обоснованные конструктивно-технологическая схема и параметры легли в основу разработанной конструкторской документации на универсальный фронтальный погрузчик всех видов кормов с вилочно-ковшовым захватом, который в зависимости от вида погружаемых материалов может превращаться в вилы или ковш за счет поворотного днища с боковинами. Такой погрузчик по критерию «Цена-качество» превосходит все ранее известные погрузочные средства.
Подведя итог можно заключить следующее. В связи с тем, что консервированные корма имеют ярко выраженную горизонтальную ориентацию и по-
этому связи между слоями в горизонтальной плоскости наименьшие, то увеличение вместимости захватов для повышения производительности погрузочных средств наиболее целесообразно осуществлять за счет увеличения ширины их до 2м при допустимой высоте (до 0,8м).
Для повышения надежности процесса перерезания фронтальной поверхности отделяемого кормового блока целесообразно вместо сплошных ножей на верхнем прижиме установить пальцы с сегментными ножами шириной до 90мм, которые за счет сдвига инородных включений обеспечивают надежность внедрения их в массив.
Оснащение вильчатого захвата поворотным днищем с боковинами обеспечит универсальность фронтального погрузчика по всем видам погружаемых материалов, что позволит обойтись на животноводческих фермах одним погрузочным средством на одном тракторе вместо двух погрузчиков с двумя тракторами. Фронтальный погрузчик с таким захватом по критерию «цена-качество» превосходит все известные до настоящего времени технические решения погрузочных средств.
Литература:
1. Кормановский, Л.П. Механико-технологические основы точных технологий приготовления и раздачи кормосмесей крупному рогатому скоту многофункциональными агрегатами / Л.П.Кормановский, М.А.Тищенко. - М., 2002. - 344с.
2. Рыбалко, А.Г. Механико-технологические основы блочно-погрузочной выемки консервированных кормов из траншейных хранилищ / А.Г.Рыбалко, И.М.Павлов. - Саратов,2004. -268с.
Тищенко Михаил Андреевич, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник Беляев Сергей Александрович, инженер, младший научный сотрудник
ГНУ Северо-Кавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Тел. 89034054281 E-mail: vnitim@xern.donpac.ru
It is given a justification offork-bucket catch to foreloaders, which depending on type of submersible materials can be transformed into a fork or bucket thanks to use drop bottom with the sides. This makes it possible to use only one loader on the live-stock farms.
Keywords: loader, fork-bucket catch, fodder.
