CC BY
224
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
УДК 631.352/.353
Орлянская И. А., Орлянский А. В., Малиев В. Х. Orlyanskaya I. A., Orlyanskiy A.V., Maliev V. H.
ОБОСНОВАНИЕ ДОПУСТИМОГО ПЕРИОДА ВРЕМЕНИ ОТ ФОРМИРОВАНИЯ РУЛОНА СЕНАЖА ДО УПАКОВКИ ЕГО В ПЛЕНКУ
SUBSTANTIATION OF THE ADMISSIBLE PERIOD OF TIME FROM FORMATION OF THE ROLL OF HAYLAGE BEFORE ITS PACKING IN THE FILM
Получение качественного корма по передовой технологии заготовки сенажа в рулонах, упакованных в пленку, возможно только при соблюдении всех технологических требований. Важнейшим из требований является предотвращение нагревания сенажной массы до температуры свыше 37 оС, когда начинается интенсивный распад белков и углеводов и значительно ухудшается переваримость корма. Для определения динамики самонагревания сенажной массы после формирования рулона до его упаковки проведены полевые эксперименты с провяленной до влажности 40 % и 60 % люцерной с плотностью прессования ее от 112 кг/м3 до 190 кг/м3 в пересчете на сухое вещество. Замер температуры осуществлялся дистанционными термометрами в трех сечениях торцовой поверхности каждого рулона на глубине 50...60 см с интервалом времени около 2 часов.
В результате обработки экспериментальных данных получены зависимости и графики, характеризующие динамику нагревания в рулоне массы люцерны различной влажности и плотности. Определена зависимость скорости нагревания люцерны в рулоне от влажности и плотности материала. Рассчитаны максимальные допустимые периоды времени от формирования рулона сенажа до его упаковки, которые при различных технологических параметрах корма составляют от 2,5 до 5,8 часов. Полученные данные могут быть использованы для организации эффективного взаимодействия пресс-подборщиков, погрузчиков, транспортировщиков и упаковщиков рулонов, как на основе аналитических расчетов, так и с применением имитационных моделей проектирования и оптимизации кор-моуборочных процессов.
Ключевые слова: сенаж, рулон, нагревание, влажность, плотность, прессование, упаковка.
Reception of the qualitative forage on high technology of preparation haylage in the rolls, packed in the film, is possible only at observance of all technology requirements. Major of the requirements is prevention of heating haylage to temperature from above 37 0C, when intensive disintegration of fibers and carbohydrates begins and considerably worsens digestibility forages. For definition of dynamics of self-heating haylage after formation of the roll before its packing are lead field experiments with dried to humidity of 40 % and 60 % Lucerne with density of its pressing from 112 kg/m3 up to 190 kg/m3 in recalculation on dry substance. Gauging of the temperature was carried out by remote thermometers in three sections of a face surface of each roll on depth 50...60 sm with an interval of time about 2 hours.
As a result of processing experimental data dependences and the schedules describing dynamics of heating in the roll of dried of Lucerne of various humidity and density are received. Dependence of speed of heating of Lucerne in the roll from humidity and density of a material is installed. The maximal admissible periods of time from formation of the roll of haylage before its packing, which forages at various technological parameters make from 2,5 till 5,8 hour are calculated. Obtained data can be used for the organization of effective interaction of the balers, the loaders, the transports and the packers of rolls, both on the basis of analytical calculations, and with application of imitating models of designing and optimization forage harvesting-processes.
Key words: haylage, a roll, heating, humidity, density, pressing, packing.
Орлянская Ирина Александровна -
ассистент кафедры механики и компьютерной графики
ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный
аграрный университет»
г. Ставрополь
Тел.: 8-962-455-90-30
E-mail: irorlan@mail.ru
Орлянский Александр Викторович -
кандидат технических наук, профессор
кафедры механики и компьютерной графики
ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный
аграрный университет»
г. Ставрополь
Тел.: 8-962-442-20-92
E-mail: avorl@mail.ru
Малиев Владимир Хамбиевич -
доктор технических наук, профессор кафедры процессов и машин в агробизнесе ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный аграрный университет» г. Ставрополь Тел.: 8-905-496-45-93
Orlyanskaya Irina Aleksandrovna -
assistant Department of Mechanics and Computer Graphics
FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University» Stavropol
Tel.: 8-962-455-90-30 E-mail: irorlan@mail.ru
Orlyanskiy Aleksander Victorovich -
Ph.D in Technical Sciensces, Professor Department of Mechanics and Computer Graphics FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University» Stavropol
Tel.: 8-962-442-20-92 E-mail: avorl@mail.ru
Maliev Vladimir Hambievich -
Doctor in Technical Sciensces, Professor
Department of Processes
and Machines in Agribusiness
FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University»
Stavropol
Tel.: 8-905-496-45-93
в
:№ 1(21), 2016
Агроинженерия
25
Интенсивное и эффективное развитие животноводства предполагает наличие высококачественных кормов с высокой питательной и энергетической ценностью. К таким кормам можно отнести заготовленный с соблюдением всех технологических требований сенаж в рулонах, упакованных в пленку [1, 2, 3]. Одним из важнейших условий получения качественного сенажа является недопущение нагрева сенажной массы до температуры свыше 38 оС, при которой начинается активный распад ценных компонентов корма - белков и углеводов [4, 5]. К тому же перегрев массы приводит к значительному снижению усвояемости оставшихся питательных веществ. Заготовка сенажа влажностью свыше 45...50 % при свободном доступе воздуха создает благоприятные условия для развития микробиологических процессов, приводящих к разогреву корма. Остановить эти процессы или значительно снизить их интенсивность можно за счет быстрого и равномерного провяливания травяной массы на поле, хорошего уплотнения ее в рулоне и быстрой герметизации рулонов сенажа после их формирования.
Необходимость быстрой герметизации се-нажной массы (по рекомендациям технологов -в течение 2 часов после ее подбора и прессования [1, 4]) создает дополнительные трудности в организации четкого взаимодействия работы пресс-подборщиков, погрузчиков, транспортировщиков и упаковщиков рулонов. Поэтому при решении вопросов проектирования и оптимизации кормоуборочных процессов [6, 7, 8] важной задачей, на наш взгляд, является обоснование максимальных допустимых разрывов во времени между технологическими операциями процесса и прежде всего между формированием рулона на поле и упаковкой его в пленку на кормовой площадке.
Интенсивность самонагревания сенажа зависит от свойств материала - вида трав, их влажности при подборе и плотности прессования в рулоне [5]. Для определения динамики самосогревания в рулонах основной травяной кормовой культуры - люцерны - при ее различной влажности и плотности нами проведены полевые экспериментальные исследования.
Опыты проводились в типичных для заготовки сенажа условиях: при дневной температуре воздуха от 22 оС до 30 оС и относительной влажности воздуха от 72 % до 41 %. Скорость ветра составляла 2...5 м/с. Влажность массы в рулонах соответствовала ее крайним уровням, возможным при заготовке сенажа - 40 % и 60 %. Уточненная в ходе экспериментов влажность травяной массы оказалась на нижнем уровне - в пределах 36.40 % и на верхнем уровне -в пределах 57.59 %.
Урожайность зеленой массы люцерны составляла 156 ц/га. Валки формировались из
прокоса роторными граблями GR 450 с рабочей шириной захвата 4,5 м. Средняя масса одного погонного метра валка составила: на нижнем уровне влажности (36.40 %) тпм=2,7 кг/м, на верхнем уровне влажности (57.60 %) тпм=4,1 кг/м. Подбор и прессование в рулоны провяленных трав из валков осуществлялись пресс-подборщиком R12 Super в агрегате с трактором МТЗ-82.
Рулоны нужной плотности формировались следующим образом. На поле выбирали с помощью экспресс-влагомеров зеленой массы WILE-26T валки, влажность травы в которых близка к границам исследуемого диапазона -около 40 % и около 60 %. У валков с подходящей влажностью определялась масса погонного метра и рассчитывалась длина валка, с которой необходимо формировать рулон заданной плотности корма.
Все задействованные в эксперименте рулоны имели высоту Н=1,2 м; диаметры рыхлых рулонов составляли Н=1,24.1,28 м, рулонов средней плотности - £=1,36.1,40 м, рулонов высокой плотности £=1,42.1,46 м. Уровни варьирования плотности травяной массы в рулонах в пересчете на сухое вещество рв составили на нижнем уровне влажности (36.40 %): 112 кг/м3, 156 кг/м3 и 188 кг/м3; на верхнем уровне влажности (57.60 %): 115 кг/м3, 162 кг/м3 и 190 кг/м3.
Рулоны, сформированные с расчетной длины валка, свозились на край поля, где с помощью влагомеров WILE-26T уточнялась влажность травяной массы в рулонах, и проводились измерения ее температуры дистанционными термометрами в 3-х сечениях торца рулона - вблизи центра, в 10 см от наружной цилиндрической поверхности и посередине между этими сечениями. Измерения осуществлялись на глубине 50.60 см вдоль оси рулона в трехкратной повторности. Интервал между измерениями в каждом исследуемом сечении составлял около 2 часов.
После проведения экспериментов рулоны доставлялись на ферму, взвешивались на весах и уточняли действительную плотность сенаж-ной массы.
В результате обработки экспериментальных данных получены зависимости и графики (рисунок 1), характеризующие динамику нагревания в рулоне массы люцерны различной влажности и плотности.
Экспериментальныерегрессионныезависимости изменения температуры сенажной массы во времени при минимальной влажности массы W36 =36.40 % и максимальной влажности -W57 =57.60 % приведены на рисунке 1 для рулонов с малой плотностью массы в пересчете на сухое вещество - рсв = 112.115 кг/м3 (W,,), для рулонов со средней плотностью массы -рсв = 158.161 кг/м3 (WJ и для рулонов с высокой плотностью массы - рсв = 178.182 кг/м3
26
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
В
к со го
н
го ^
н
го ф
с
44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24
^57_п:
1° = 24,8 + 0,25*Гп, г = 0,980 1° = 24,8 + 0,48*Тп, г = 0,984 1° = 25,4 + 0,73*Тп, г = 0,989 1° = 25,4 + 2,18*Тп, г = 0,986 1° = 25,4+ 2,45*Тп, г = 0,987
2 3 4 5 6 7
Продолжительность пребывания рулона на поле, ч
Рисунок 1 - Динамика самосогревания травяной массы в рулонах
.м 1м н + в{Тп,
где
Вид полученных графиков показывает, что процесс нагревания массы в рулоне достаточно точно описывается линейной зависимостью:
(1)
,м - текущая температура массы в рулоне,
оС;
,м н - начальная температура массы в рулоне сразу после прессования, оС; при проведении экспериментов средние значения составили: для массы влажностью 36.40 % - ,м н = 24,8 оС; для массы влажностью 57.60 % - ,м н = 25,4 оС; в, - скорость повышения температуры массы в рулоне, оС/ч;
Тп - продолжительность периода после формирования рулона, ч. Высокий уровень значений коэффициента корреляции для всех полученных зависимостей (г=0,963.0,989) подтверждает их линейный характер.
Коэффициент в, в полученных выражениях (рисунок 1) характеризует интенсивность нарастания температуры травяной массы в рулоне, то есть скорость повышения температуры. Регрессионный анализ полученных значений в, позволил получить зависимость этого показателя от влажности wм и плотности рсе травяной массы в пределах исследуемых диапазонов ^м=36.60 % и рс=112.. .182 кг/м3):
в, = 2,07-0,072■ wм - 0,029■ рсв + 0,00096 ■
wм Рс.
(2)
с коэффициентом корреляции Я =0,984.
Подставив полученное значение скорости нагревания массы в рулоне в формулу (1), получаем выражение (3), которое можно использовать на практике для определения температуры мас-
сы в рулоне в зависимости от ее начальной температуры ,мн, влажности wм, плотности рв в пересчете на сухое вещество и продолжительности периода времени после ее прессования Тп:
,м = ,м н + (2,07-0,072- wм - 0,029■ рсв +
+ 0,00096■ wм рс) Тп. (3)
На основе полученной зависимости могут быть определены предельно допустимые разрывы во времени Тфуд между прессованием и упаковкой рулона в пленку:
Тфуд = (,мд- ,м н)/ (2,07-0,072■ Wм -
- 0,029■ рв + 0,00096- Wм Рсв), (4)
Допустимая температура массы перед упаковкой рулона м = 32.34 оС.
Начальная температура массы сразу после ее прессования при температуре воздуха 25.30 оС составляет: ,м н = 24...26 оС.
Проведенные на основе выражения (4) расчеты определяют допустимые разрывы во времени между прессованием и упаковкой рулона (таблица 1).
Анализ данных таблицы 1 показывает, что при прессовании сенажной массы с влажностью, близкой к минимальной рекомендуемой (около 45 %), требования к организации взаимодействия пресс-подборщика, погрузочно-транспортных средств и упаковщика предъявляются менее жесткие. К тому же, при заготовке трав с такой влажностью при хорошем их уплотнении вероятность появления плесени в рулоне снижается. Поэтому рациональный диапазон влажности прессуемых трав при заготовке сенажа в рулонах находится в пределах 45...50 %. При этом более глубокое провяливание массы должно быть достаточно быстрым и равномерным за счет использования правильно подобранных агрегатов на скашивании и провяливании трав.
в
:№ 1(21), 2016
Влажность массы в рулоне, % Плотность массы в рулоне в пересчете на сухое вещество, кг/м3 Допустимый период времени, ч
45 170 5,8
45 180 5,3
45 190 4,8
50 170 4,4
50 180 4,0
50 190 3,7
55 170 3,6
55 180 3,2
55 190 3,0
60 170 3,0
60 180 2,7
60 190 2,5
Агроинженерия
27
Таблица 1 - Допустимый период времени между формированием рулона и его упаковкой в пленку
Результаты исследования могут быть использованы при проектировании и оптимизации кор-моуборочного процесса, как с использованием традиционных аналитических методов расчета, так и на основе имитационных моделей процесса [8, 9, 10], увязывающих все технологические операции процесса в единую технологическую линию.
Литература
1. Бубенщиков Е. П., Гуляев В. М. Сенаж в упаковке - технология вашего успеха : руководство по технологии. Пермь : Крестьянский дом, 2010. 60 с.
2. Гуляев В. М. «Сенаж в упаковке» по европейской технологии // Животноводство России. 2001. № 10. С. 45-47.
3. Орлянская И. А. Характерные особенности технологии заготовки сенажа в упаковке // Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе : сб. науч. тр. 2-й Российской науч.-практ. конф. / СтГАУ. Ставрополь, 2003. Т. 1. С. 258-261.
4. Серёгин М. В. «Сенаж в упаковке» - качество основного корма // Сельскохозяйственные вести. 2015. № 3. С. 46-49.
5. Орлянская И. А., Орлянский А. В., Пете-нев А. Н. Динамика самосогревания сенажа в рулонах различной плотности // Совершенствование технологий и технических средств в АПК : материалы 69-й научно-практической конференции, посвященной 55-летию факультета механизации сельского хозяйства Ставропольского ГАУ / СтГАУ. Ставрополь, 2005. С. 191-194.
6. Орлянский А. В. Основные принципы построения имитационной модели уборочно-транспортной системы заготовки кормов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2007. № 7. С. 35-36.
7. Орлянский А. В. Проектирование ресурсосберегающих кормоуборочных систем с использованием имитационного моделирования // Модернизация сельскохозяйственного производства на базе инновационных машинных технологий и автоматизированных систем : сборник
References
1. Bubenschikov E. P., Gulyaev V. M. Haylage in the packing - technology for your success : technology Guide. Perm : JSC «Peasant House», 2010. 60 p.
2. Guljaev V. M. «Haylage in the packing» - the European technology // Animal industries of Russia. 2001. № 10. P. 45-47.
3. Orlyanskaya I. A. Prominent feature of technology of preparation haylage in the packing // Physicotechnical problems of creation of new technologies in agriculture : the collection of proceedings 2-nd Russian scientifically-practical conference / St SAU. Stavropol, 2003. T. 1. P. 258-261.
4. Seryogin M. V. «Haylage in the packing» -quality of the basic forage // Agricultural Messages. 2015. № 3. P. 46-49.
5. Orlyanskaya I. A., Orlyanskiy A. V., Pete-nev A. N. Dynamics of self-warming hay-lage in rolls of various density // Perfection of technologies and means in agrarian and industrial complex : materials of 69-th scientifically-practical conference, devoted to the 55 anniversary of faculty of mechanization of an agriculture Stavropol SAU / St SAU. Stavropol, 2005. P. 191-194.
6. Orlyanskiy A. V. Main principle of construction of simulation model of harvesting-transport system of preparation of forages // Mechanization and electrification of an agriculture. 2007. № 7. P. 35-36.
7. Orlyanskiy A. V. Designing resource forage systems with use of imitating modeling // Modernization of an agricultural production on the basis of innovative machine technologies and the automated systems : the Collection of reports of XII International scientific and technical conference. The All-Russia scientific research institute of mechanization of an agriculture / VIM. UGLICH, 2012. P. 779-786.
28
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
докладов XII Международной науч.-техн. конф. / ВИМ. Углич, 2012. С. 779-786.
8. Орлянский А. В., Орлянская И. А. Обобщенная имитационная модель технологического процесса заготовки сенажа // Труды / КубГАУ. Краснодар, 2008. № 8. С. 75-79.
9. Орлянская И. А. Общая имитационная модель процесса заготовки сенажа в пленочной упаковке // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2010. № 1. С. 16-18.
10. Свидетельство 2008610015. Программа расчета эффективности кормоубороч-ной техники на основе имитационного моделирования : программа для ЭВМ / А. В. Орлянский, Е. В. Кулаев, И. А. Орлянская, А. Н. Петенев (Яи) ; правообладатель ООО «Комбайновый завод «Ростсельмаш». № 2007614054 ; заявл. 16.10.07 ; зарегистр. 09.01.08.
8. Orlyanskiy A. V., Orlyanskaya I. A. General simulation model of technological process of preparation haylage // Works of the Kuban state agrarian university / KubSAU. Krasnodar, 2008. № 8. P. 75-79.
9. Orlyanskaya I. A. Total simulation model of haylage in film packaging // Mechanization and electrification of agriculture. 2010. № 1. P. 16-18.
10. Certificate 2008610015. The Program of calculation of efficiency of the forage harvesting technics on the basis of imitating modeling : the computer program / A. V. Orlyanskiy, E. V. Kulaev, I.A. Orlyanskaya, A. N. Petenev (RU) ; the legal owner Ltd «KZ «ROSTSELMASH». № 2008610015 ; the application from 16.10.2007 ; it is registered 01.09.2008.
