CC BY
61
Alexey A. Vasilyev, Ph. D. (Engineering), senior lecturer of the chair
«Technical service, organization of transportation and management on transport»
Address: Nizhny Novgorod state engineering-economic University, Russia, 606340, Knyaginino,
Oktyabrskaya st., 22а
E-mail: [email protected]
Spin-kode: 9603-0270
Nikolay I. Zatylkov, assistant of the chair «Technical service, organization of transportation and management on transport»
Address: Nizhny Novgorod state engineering-economic University, Russia, 606340, Knyaginino, Oktyabrskaya st., 22а E-mail: [email protected] Spin-kode: 1029-0840
Contribution of the authors: Sergey A. Vasilyev: developed the theoretical framework, analysis of materials; formulated conclusions, mathematical modeling.
Alexey A. Vasilyev: collection and processing of materials, preparation of the initial version of the text. Nikolay I. Zatylkov: collection and processing of materials, put results of the study.
All authors have read and approved the final manuscript.
05.20.01 УДК 361.363
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ И РАЗДАЧИ ГРУБЫХ КОРМОВ НА ФЕРМАХ КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА
© 2018
Павел Николаевич Солонщиков, кандидат технических наук, доцент кафедры технологического и энергетического оборудования ФГБОУ ВО «Вятская государственная сельскохозяйственная академия», Киров (Россия) Евгений Владимирович Косолапое, кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники и электроники ФГБОУ ВО «Вятский государственный университет», Киров (Россия)
Аннотация
Введение: в настоящее время для того чтобы была возможность быстрого возрождения и развития промышленного животноводства, необходимо создать такие условия которые позволяют если не коренным способом, то методом повсеместной модернизация всей материально-технической базы отрасли, при этом используя высокоэффективные системы машин и комплектов технологического оборудования, у которых для каждого уровня зависит от концентрации и специализации ферм, а также их экономического и финансового состояния и, особенно товаропроизводства, с учетом особенностей технологий производства. Таким образом, если не применять современные комплексы машин в животноводстве, будет невозможно решить ни одну из проблем экономического роста. Поэтому внедрение прогрессивных технологий позволит и приведет к увеличению объемов производства, повышению качества продукции, снижению затрат труда, кормов, энергии на получение продукции, получению рентабельности и доходности отрасли, повышению продуктивности животных, охрану окружающей среды, улучшению социальных условий работников.
Материалы и методы: применялись общепринятые методики, а также разработанные авторами. При изучении рабочего процесса кормоприготовительных агрегатов получены аналитические зависимости, позволяющие определить влияние отдельных параметров элементов комплекса на его рабочие характеристики: производительность, энергоемкость, при этом на разных культурах.
Результаты: проведенные экспериментальные исследования позволили подтвердить правильность предположений, что ля каждого материала свойственна своя определенная окружная скорость удара, при которой возникают разрушающие напряжения. Окружная скорость рабочего органа, при которой работа упругости Аупр балки
с присоединенной массой достигнет минимального значения, есть критическая скорость VKp; при Аупр <Араз материал разрушается практически мгновенно. При этом теоретический анализ показал, что с увеличением окружной скорости молоткового ротора V и с уменьшением времени взаимодействия молотка с материалом, усилие разрушения Fpa3 стебля и изменение кинетической энергии ЛТ ротора уменьшаются. Оптимальное значение окружной скорости при этом находится в пределах 50.. .60 м/с при толщине молотка 2.. .6 мм. Заключение: полученные аналитические зависимости применимы при создании новых конструктивно-технологических схем элементов кормоприготовительного агрегата для раздачи и приготовления грубых кормов, а также они могут быть использованы в проектно-конструкторских, научно-исследовательских и учебных заведениях.
Ключевые слова: грубые корма, измельчитель, качество, напряжение, окружная скорость, параметры, продукт, пропускная способность, процесс, рабочий орган, раздатчик, разрушающая сила, технология, требования.
Для цитирования: Солонщиков П. Н., Косолапов Е. В. Совершенствование и повышение эффективности технологического процесса приготовления и раздачи грубых кормов на фермах крупного рогатого скота // Вестник НГИЭИ. 2018. № 5 (84). С. 54-66.
IMPROVEMENT AND INCREASE OF EFFICIENCY OF TECHNOLOGICAL PROCESS OF PREPARATION AND DISTRIBUTION OF FODDER ON FARMS CATTLE
© 2018
Pavel Nikolaevich Solonshchikov, Ph. D. (Engineering), associate professor of the chair «Technological and power equipment» Vyatka state agricultural Academy, Kirov (Russia) Evgeniy Vladimirovich Kosolapov, Ph. D. (Engineering), associate Professor of the chair «Electrical engineering and electronics» Vyatka state University, Kirov (Russia)
Abstract
Introduction: the most important condition for the revival and development of livestock sector is the modernization of material-technical base of the industry through the use of highly efficient systems of machines and sets of technological equipment which is necessary to perform from the point of view of system approach. The article presents the flowchart of the operation of such a process as the distribution and preparation of feed the most power-consuming process of preparation of roughage, so it is important to consider this type of feed and machinery. Materials and methods: applied standard techniques and developed by the authors. When studying the workflow cosmoproletar units' analytical dependences, allowing determining the influence of individual parameters of the elements of the complex on its performance: productivity, energy intensity, with different cultures. Results: experimental studies have allowed confirming the correctness of the assumptions, that La of each material is peculiar to a certain peripheral speed impact, in which there is destructive voltage. The circumferential speed of the working body, in which the work Aupr of elasticity of the beam with added mass reaches a minimum value, there is a critical speed VKp; when Aupr < Araz material collapses almost instantly. The theoretical analysis showed that, with increasing hammer peripheral speed of the rotor V and decreasing the time of interaction of the hammer with the material, the force of destruction Fpa3 of the stem and the change in kinetic energy AT of the rotor is reduced. The optimal value of the circumferential speed is in the range of 50...60 m/s when the thickness of the hammer 2...6 mm.
Conclusion: analytical relations are applicable when creating new structurally-technological schemes of elements feed preparing Assembly for dispensing and preparation of rough fodder, but they can also be used in the design, research and educational institutions.
Key words: forage, chopper, distributor, quality, technology, process, product, destructive force, the circumferential speed of the working body, the requirements, settings, bandwidth, voltage.
For citation: Solonshchikov P. N., Kosolapov E. V. Improvement and increase of efficiency of technological process of preparation and distribution of fodder on farms cattle // Bulletin NGIEI. № 5 (84). P. 54-66.
Введение
В настоящее время для того чтобы была возможность быстрого возрождения и развития промышленного животноводства, необходимо создать такие условия которые позволяют если не коренным способом, то методом повсеместной модернизация всей материально-технической базы отрасли, при этом используя высокоэффективные системы машин и комплектов технологического оборудования, у которых для каждого уровня зависит от концентрации и специализации ферм, а также их экономического и финансового состояния и, особенно товаропроизводства, с учетом особенностей технологий производств.
Наука и практика показывают, что по биоэнергетическому оцениванию при производстве продукции для животных на корма и кормление расходуется: в молочном животноводстве 47 %, при этом на откорм молодняка крупного рогатого скота приходится до 65 % овеществленной энергии.
Следует учитывать, что фактически в рационах КРС грубый корм занимает по массе более 30 %, и при поголовье для ферм на 400...600 коров и 1 000 голов, для молодняка КРС в среднем на одно хозяйство в Северо-Восточном регионе России вручную раздается 10...15 т соломы и сена в неподготовленном (неизмельченном) виде. Это требует дополнительного привлечения на погру-зочно-разгрузочные работы от 3 до 5 человек. При среднегодовом производстве комбикормов в стране 110 млн т только на измельчение зерна и приготовление на его основе смесей требуется около 5 млрд кВтч электроэнергии.
Среди большого комплекса вопросов по механизации животноводства наибольшее значение имеет создание новой техники, обеспечивающей снижение затрат ручного труда, потребления топлива и электрической энергии, уменьшение металлоемкости и рациональное использование кормов. Молочное животноводство в настоящее время располагает высокомеханизированными мобильными техническими средствами.
Одной из важных задач неуклонного подъема животноводства является создание прочной кормовой базы. Правильное и грамотное использование имеющихся ресурсов, а именно повышение продуктивности животных, невозможно без применения достижений в науке и технике, при этом главным всегда остается кормоприготовление. Данный раздел изучается многими НИИ и сельскохозяйственными вузами, так проводятся фундаментальные и частные исследования, внедряются прогрессивные технологии и способы, расширяется и совершенст-
вуется сеть экспериментальных баз и методов изучения реального хозяйства.
Раздача и приготовление кормов по трудоемкости составляет около 30 % от всех грузопереме-щений в животноводстве. Так технология раздачи зависит от типа кормления, способов подготовки и дозирования кормов, средств транспортировки и зональных условий.
Но не нужно забывать, что процесс приготовления и раздачи кормов в животноводстве должен начинаться с создания прочной кормовой базы, обеспечивающей необходимое высокое качество кормов. А качество корма нужно и необходимо оценивать по его органолептическим признакам и химическому составу. При этом необходимо знать, что качество зависит также от концентрации в кормах энергии или содержания в них питательных веществ, что немаловажно, и является определяющим [1, с. 3; 2, с. 100; 3, с 188].
Стебельные корма являются одним из важных составляющих в рационе животных. Ценность его заключается в содержании большого количества клетчатки. Но одной из главных проблем при приготовлении такого вида корма, это то, что создается необходимость предварительной обработки, потому что она необходима для повышения питательности [4, с. 55; 5, с. 3; 6, с. 195; 7, с. 165; 8, с. 31]. Результаты исследований зарубежных ученых показали, что при кормлении крупного рогатого скота длинностебельчатыми кормами велики потери питательных веществ (20...50 %) [9, с. 51; 10, с. 7; 11, с. 130]. Содержание валовой энергии в 1 кг сухого вещества соломы составляет в среднем 18,4 МДж и соответствует, примерно, 1 кг зерна [12, с. 63]. Однако усвояемость энергии органического вещества соломы и зерна жвачными животными различна.
В настоящее время техническая энерговооруженность ферм характеризуется низким уровнем оснащения средствами механизации и в целом низким количеством новой техникой, не более 1.. .2 % в год, а при нынешнем высоком износе применяемых машин он составляет - 70.80 %, а недостаточная надежность машин и энергообеспечения в сочетании с отсутствием необходимой базы ремонта и технического сервиса и необеспеченностью объектов квалифицированными кадрами, все этом в конечном счете ведет к большим затратам и, как следствие, увеличению себестоимости продукции
[1, с. 5].
Материалы и методы
Технологическая линия приготовления и раздачи кормов включает в себя перечень машин, об-
разующих некоторую (определенную) производительность. Расстановка и установка их в определенной последовательности обеспечивает непрерывный процесс работы, но при этом нужно учитывать некоторую цикличность [13, с. 40; 14, с. 24].
В реальных условиях сельскохозяйственного производства процесс раздачи и приготовления кормов имеет замкнутый цикл. В общем случае такое утверждение можно представить в виде схемы (рис. 1).
Поступление кормораздатчиков
Рис. 1. Схема технологического процесса раздачи кормов: 1 - кормораздатчики; 2 - погрузчики; 3 - производственные помещения Fig. 1. Scheme of the technological process of distribution of feed: 1 - feeder; 2 - trucks; 3 - production facilities
Анализируя технологическую схему процесса (рис. 1), можно сказать, что механизация процесса раздачи корма имеет непрерывный и замкнутый цикл, такая схема должна быть характерна для сельскохозяйственного производства в целом. Определяющим показателем для снижения затрат будет высокая производительность, при соблюдении основных зоотехнических требований и отведенное для этого время, но, как показывает практика, не все хозяйства в полной мере и объеме соблюдают их.
Если затронуть приготовление и раздачу грубого корма, то можно сказать, что технические средства для осуществления этого процесса имеют очень высокую степень энергопотребления. Потому что грубые корма заготавливают в прессованном и в рассыпном виде, но первые из них выполняют в виде рулонов или тюков достаточно большой плотности.
В нашей стране (РФ) используются морально устаревшие конструкции агрегатов для измельчения и раздачи грубых кормов либо заменяют их зарубежными, но эффективность измельчения не всегда соответствует заданным параметрам. В свою очередь, зарубежные образцы современной техники не при-
способлены для измельчения рулонированных грубых кормов, так как технология заготовки их предусматривает предварительное измельчение стебельчатой массы перед прессованием в рулоны и тюки. К тому же техника, изготовленная за рубежом, является габаритной, энергоемкой и дорогостоящей.
В области Северо-Восточного региона России подавляющее большинство грубых кормов заготавливается пресс-подборщиками, схожих по типу с устаревшими марками типа ПРП-1,6 и ПР-Ф-750, без подготовки их к измельчению. Приготовить корма (особенно длинностебельные, такие как озимая рожь), заготовленные таким образом, рабочими органами, произведенными за рубежом, не всегда возможно, и при этом достаточно затратно.
В современных условиях, когда отечественные производители техники должны конкурировать с зарубежными коллегами, нужно брать курс на совершенствование рабочего процесса отечественных машин, которые способны измельчать грубые корма, заготовленные без предварительного измельчения, подходить по габаритным размерам для раздачи стебельного материала на фермах Северо-
Восточной зоны России, что является актуальной задачей.
Выбор рациональной технологии и соответствующих средств для приготовления и раздачи грубых кормов имеет огромное значение для производства продукции животноводства. При выборе технологии и состава поточной линии учитывается, прежде всего, соответствие средств и способов раздачи при соблюдении зоотехнических требований.
Существующие средства и агрегаты для измельчения грубых кормов позволяют сформулировать следующие основные требования к конструкции измельчителя для рулонов, с учетом предъявляемых зоотехнических требований:
- большая пропускная способность (подача) материала при сведенных до возможного нижнего уровня удельных энергозатратах;
- обеспечение устойчивого технологического процесса измельчения независимо от состояния (плохая плотность, неправильная форма, влажность) и габаритов исходного материала;
- соответствие приготовленного кормового материала зоотехническим требованиям;
- четкое дозирование на кормовой стол для каждого животного;
- наименьшая удельная металлоемкость, простота изготовления и технического обслуживания, а также ремонта;
- соответствие габаритным размерам в существующих животноводческих комплексах;
- низкий уровень шума при раздаче кормов в помещении, с целью уменьшения вредного воздействия последнего на состояние животных.
Из всего представленного многообразия мобильных измельчителей-раздатчиков главные операции должны быть такими, чтобы они обеспечивали загрузку в местах складирования рулонированных грубых кормов, транспортировку, измельчение и дозированную выдачу в зоне кормления. Такое высокотехнологическое средство или агрегат, выполняющий совокупность вышеперечисленных операций, представляют собой динамическую систему, работающую в условиях изменяющихся внешних воздействий.
Внешние воздействия всегда влияют на функционирование любой машины или системы в целом, но условие, которое необходимо в нашем случае, это высокое качество готового продукта. Эффективность работы измельчителя можно увеличить за счет снижения энергоемкости измельчения. Принимая во внимание, что энергоемкость процесса измельчения представляет собой совокупность: энергоемкость подготовки материала к измельчению и его подвод к рабочему органу, энергоемкость из-
мельчения материала, затраты энергии на сепарирование, энергоемкость отвода готового продукта -снижение энергоемкости можно достичь либо за счет снижения энергоемкости каждой из составляющих, либо полного исключения этих составляющих. Поэтому с энергетической точки зрения наиболее выгодной технологической схемой измельчителя стебельных кормов следует признать ту, которая состоит из минимально необходимых составляющих: подача исходного материала, измельчение, отвод готового продукта. В этом случае измельчитель может состоять из питающего устройства и измельчающего аппарата. Ввиду отсутствия сепаратора может отсутствовать и механическое устройство отвода готового продукта, так как измельченный корм может отводиться за счет сил инерции, полученных от измельчающих рабочих органов (выбрасываться).
Для удобства понимания происходящих процессов теоретически можно представить агрегат для приготовления и раздачи кормов в виде некоторой модели функционирования (рис. 2) [15, с. 66], в которой необходимо учитывать входные параметры, и принимать такие переменные, изменяющиеся во времени, которые определяют режим его работы в целом, ими могут являться: подача стебельного корма Qп(t), которую можно измерить по необходимости, и влажность стебельного корма W(t), которая является неуправляемым фактором и контролируется при проведении опытов. Выходными переменными являются: поток измельченной массы (пропускная способность) Q(t), средняя длина резки и^) и удельные энергозатраты Эп(0.
W(t) p(t)
Рис. 2. Обобщенная модель функционирования измельчителя-раздатчика стебельных кормов Fig. 2. Generalized model of operation of the grinder-dispenser stem feed
При выходе из измельчителя, а именно через выгрузное устройство, можно выделить параметры, называемые конструктивно-технологическими, характеризующие расположение рабочих органов:
окружная скорость молоткового ротора Ум-р(^, частота вращения бункера щ((), угол наклона измельчающего молоткового ротора хм-р(0 относительно вертикальной оси, количество молотков на оси подвеса z(t), число осей подвеса п(0.
Практически учитываемое при расчете число переменных всегда меньше фактически действующих в реальных условиях функционирования. Этим, в первую очередь, и отличается модель от оригинала - реальной машины. В связи с этим для изучения процесса измельчения была рассмотрена модель (рис. 2) с входными воздействиями в виде частоты вращения п^О бункера-питателя, угла наклона оси Хм-р(0 молоткового ротора-измельчителя и выходными параметрами: пропускной способностью Q(t), удельными энергозатратами Э(0, степенью измельчения Л(0.
Анализируя представленную модель функционирования измельчителя-раздатчика стебельных кормов, которая выполняет свою определенную
функцию, необходимо его разложить на отдельные составляющие части. Основными элементами измельчителя-раздатчика будут являться (рис. 2): загрузочное устройство (ЗУ), бункер-питатель (БП), измельчающее устройство молоткового типа (МР), выгрузное устройство (ВУ).
Стебельный корм, подлежащий измельчению, загрузочным устройством (ЗУ) подается в бункер-питатель (БП). Бункер-питатель подводит материал к молотковому ротору (МР), который, в свою очередь, взаимодействуя с рулоном, отделяет от него порции материала q1(t), измельчает и транспортирует в виде потока его через выгрузное устройство (ВУ) в качестве раздачи корма либо раздачи подстилки.
Модель рабочего процесса измельчителя-раздатчика позволяет по данным исследования реального объекта получить математические описания исходных процессов в виде уравнений регрессии согласно модели, приведенной на рисунке 3.
Рис. 3. Модель функционирования измельчителя-раздатчика: ЗУ - загрузочное устройство; БП - бункер-питатель; МР - молотковый ротор; ВУ - выгрузное устройство; РК - раздача кормов; ВП - внесение подстилки Fig. 3. Model of functioning of the shredder-distributor: ЗУ - loading device; БП - hopper-feeder; МР - hammer rotor; ВУ - unloading device; РК - distribution of feed; ВП - laying
По представленной модели функционирования разработан мобильный измельчитель-раздатчик кормов. Основные его части - это вращающийся бункер 1 (рис. 3), установленный на раме 2. Измельчающий орган - это молотковый ротор 3, у которого ось отклонена от вертикального положения. При этом он состоит из дисков 4 на осях 5. Выгрузное устройство (корпус) 7 выполнен по логарифмической спирали, при этом обработанный материал (корм) раздается в кормушки животным. Бункер 1
конструктивно состоит из двух цилиндров 8 и 9. Устройство для загрузки рулонов или тюков состоит из борта 13, который установлен на раме. Открытие и закрытие борта осуществляется посредством гидроцилиндра. Ротор приводится в движение через передачу ременного типа от вала отбора мощности трактора (тяговый класс 1,4), а вращение бункера 1 осуществляется через гидромотор 14 от гидросистемы трактора посредством клиноременной передачи 18 [16, с. 1; 17, с. 1; 18, с. 1].
Рис. 4. Мобильный измельчитель-раздатчик кормов: 1 - бункер; 2 - рама; 3 - ротор; 4 - диски; 5 - ось; 6 - молотковые рабочие органы; 7 - направляющая корпуса; 8 и 9 -цилиндры; 10 - гребенки; 11 - опорные ролики; 12 - коническая стенка;13 — гидроборт; 14 - гидромотор; 15 -клиноременная передача; 16 - канал; 17 - ось; 18 - клиноременная передача Fig. 4. Mobile chopper distributor feed: 1 - hopper; 2 - frame; 3 - rotor; 4 - discs; 5 - axis; 6 - hammer working bodies; 7 - guide housing; 8 and 9 - cylinders; 10 - combs; 11 - support rollers; 12 - conical wall; 13 - tailgate; 14 - hydraulic motor; 15 - V-belt drive; 16 - channel; 17 - axis; 18 - V-belt drive
Создана лабораторная установка, позволяющая проводить исследования по взаимодействию молоткового рабочего органа со стебельными мате-
риалом [20, с. 40] (рис. 5), она позволяет определить характеристики силового взаимодействия рабочего органа с материалом.
а б
Рис. 5. Схема (а) и общий вид (б) ротационного копра: 1 - рама; 2 - сетчатый кожух; 3 - противовес; 4 - электродвигатель постоянного тока; 5 - маховик; 6 - рабочий орган (молоток, нож); 7 - усилитель; 8 - аналогово-цифровой преобразователь (АЦП); 9 - компьютер; 10 - электромагнитное устройство; 11 - тензобалка с зажимом Fig. 5. Scheme (a) and General view (b) of rotary copra: 1 - frame; 2 - net cover; 3 - opposed; 4 - DC motor; 5 - flywheel; 6 - working body (hammer, knife); 7 - amplifier; 8 - analog-to-digital Converter (ADC); 9 - computer; 10 - electromagnetic device; 11 - tensibly with clip
На маховике 5 закреплены молоток 6, при этом последний посажен на вал ротора электродвигателя постоянного тока 4. Передавая определенную частоту вращения, он имитирует в лабораторных условиях работу молоткового ротора.
На тензобалку с зажимом 11 электромагнитного устройства 10 закрепляют образец, которым может являться пучок соломы или сена. Включая электродвигатель, доводят частоту вращения его ротора до определенной заданной окружной скорости рабо-
чего органа. Материал подают таким образом, чтобы он оказался на плоскости движения рабочего органа, а электромагнитное устройство 10, это соленоид, на сердечнике которого закреплена тензобалка. Обмотка такого соленоида питается электрическим током, и при этом сердечник движется в плоскость вращения рабочего органа с исследуемым образцом материала, так после его измельчения он вернется в исходное положение. Полученный импульс (сигнал) с тензобалки поступает на усилитель через аналогово-цифровой преобразователь (АЦП ШВ-3) и выводит
изображение на мониторе компьютера в виде сигналов напряжения. Далее производится обработка та-рировочных таблиц, строится график зависимости величины усилия ¥ от изменения напряжения и.
Результаты и обсуждение Рассмотрим кинематическую схему - ротор с закрепленным на нем молотковым рабочим органом. Данную схему рассмотрим как систему, состоящую из двух тел [19, с. 136]: ротор с молотковым рабочим органом и стебель с присоединенной к нему массой (рис. 6).
Рис. 6. Схема взаимодействия рабочего органа со стеблем: 1 - ротор с молотковым рабочим органом; 2 - стебель с присоединенной массой Fig. 6. Scheme of interaction of the working body with the stem: 1 - rotor with hammer working body; 2 - the stem with an attached mass
Составляя уравнение для молоткового ротора (рис. 6), необходимо применить теорему об изменении кинетического момента, которую представим в следующем виде:
К -К10 = -JFrdt
(1)
где К.1 - кинетический момент системы; Кю -кинетический момент механической системы при t
= 0; -
jFxrdt - момент импульса силы характеризу-
ет ее действие в течение определенного времени.
После несложных преобразований уравнение (1) запишем следующим образом:
J -т- J - т0 = -JFlrdt.
(2)
Описывая взаимодействие молотка и стебля, необходимо использовать известный третий закон Ньютона, который отражает двусторонность механических процессов природы.
Учитывая вышесказанное, делам вывод, что со стороны материальной точки действует некоторая сила ¥2, равная по модулю силе ¥г и направленная по той же прямой в противоположную сторону, т. е.
= Р2. (3)
Третий закон механики проявляется при рассмотрении движения тел в любой системе отчета.
Максимальное усилие разрушения определиться из уравнения (4). Решая полученное уравнение, получим следующие графики (зависимости) (рис. 7).
F
-2. Fyyp • t2 + 4 - . т2 ±
(-2 - F
упр •t + 4 - • т2
)2 + 4 -12 (-
4 - Fmax - • - т - 2 - Fmax
4 1 упр Лб т2 2 1 упр
раз 1,2
-2-1'
(4)
0
0
0
)
t
Рис. 7. Изменение сил ¥ра3 и Fynp Изменение сил ¥уПр (1), ¥ра3 (2), работы Араз (3), АуПр (4), изменение кинетической энергии в целом ЛТ (5) от окружной скорости V рабочего органа
при различной толщине молотка: - 2 мм;-------4 мм;-----------6 мм
Rice. 7. The change of forces Бр^ and F^ Change forces F^ (1), Fрaз (2), Araz (3), Audi (4), the change in kinetic energy as a whole ДТ (5) from the peripheral speed V of the working body with different thickness of the hammer: - 2 mm;------ 4 mm;-----------6 mm
Заключение
1. В процессе работы любого измельчителя важным параметром является то, что каждому материалу свойственна своя определенная окружная скорость ударения таким образом, чтобы появилось разрушающее напряжение. Окружная скорость рабочего органа должна быть такой, чтобы работа упругости Аупр балки с присоединенной к ней определенной массой смогла достигнуть минимального значения, это и будет критической скоростью У^р, а при Аупр <АРа3 материал будет разрушен за мгновение.
2. Проводя теоретический анализ, получили следующее положение, говорящее о том, что увеличивая окружную скорость молоткового ротора V и с дальнейшим сокращением времени взаимодействия его с материалом, усилие разрушения ¥раз материала (стебля) и некоторое изменение кинетической энергии ЛТ ротора будут уменьшаться, таким образом оптимальное значение окружной скорости будет находиться в следующих пределах 50.. .60 м/с при толщине молотка 2...6 мм.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Косолапое Е. В., Совершенствование конструкции и оптимизация параметров мобильного измельчителя-раздатчика стебельных кормов : автореф. дис... канд. техн. наук. 05.20.01. Киров, 2017. 22 с.
2. Горгодзе А. Р., Ведищее С. М., Прохоров А. В. Обоснование перспективного направления развития измельчителей грубых кормов и подстилки // Устойчивое развитие регионов. Материалы Международной научно-практической конференции. 2016. С. 100-105.
3. Ведищее С. М., Горгодзе А. Р., Прохоров А. В., Кобзее Д. Е., Максименко Д. А. Перспективы развития техники и технологий для заготовки, приготовления и раздачи грубых кормов на фермах КРС // Инновации в сельском хозяйстве. 2017. № 2 (23). С. 188-197.
4. Булатов С. Ю. Повышение эффективности приготовления кормов путем совершенствования конструкции и технологического процесса кормоприготовительных машин // Пермский аграрный вестник: Научно-практический журнал, № 1 (17), 2017. «Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д. Н. Прянишникова», г. Пермь, 2017. С. 55-64.
5. Булатов С. Ю. Повышение эффективности рабочего процесса малогабаритного комбикормового агрегата путём совершенствования системы загрузки и очистки фуражного зерна : дис. ... канд. техн. наук: 05.20.01. Киров, 2011. 170 с.
6. Мохнаткин В. Г., Косолапое Е. В. Обзор универсальных технических средств для измельчения и раздачи грубых кормов // Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики: Межвузовский сборник научных трудов. Киров : Вятская ГСХА, 2004. Вып. 4. С. 195-199.
7. Мохнаткин В. Г., Рылов А. А., Косолапое Е. В. Повышение эффективности работы молоткового измельчителя-раздатчика грубых кормов // Улучшение эксплуатационных показателей сельскохозяйственной энергетики: Межвузовский сборник научных трудов. Киров : Вятская ГСХА, 2005. Вып. 5. С. 164-168.
8. Мохнаткин В. Г., Косолапое Е. В, Кошурников Д. Н. Повышение эффективности измельчения стебельных материалов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2007. № 2. С. 31-32.
9. Мохнаткин В. Г., Солонщиков П. Н., Одегов В. А. Механизация, электрификация и автоматизация процессов в животноводстве : Методическое пособие. Киров : ФГБОУ ВПО Вятская ГСХА, 2015. 51 с.
10. Косолапов Е. В. Разработка и создание мобильного измельчителя-раздатчика стебельных кормов // Вавиловские чтения: Материалы межрегиональной научной конференции молодых ученых и специалистов системы АПК Приволжского федерального округа. Саратов, 2003. С. 7-9.
11. Солонщиков П. Н., Мошонкин А. М. Технологии по приготовлению и раздаче кормов // Знания молодых - будущее России. Материалы XIII Международной студенческой научной конференции: Сборник научных трудов. В 4 ч. Ч. 2. Технические науки. Киров : ФГБОУ ВПО Вятская ГСХА, 2015. С. 130-133.
12. Мохнаткин В. Г., Косолапов Е. В. , Кошурников Д. Н. , Кириллов И. А. Оптимизация рабочего процесса измельчителя-раздатчика в режиме измельчения // Совершенствование технологии и средств механизации производства продукции растениеводства и животноводства: Материалы научно-практической конференции. Киров : НИИСХ Северо-Востока, 2007. С. 62-65.
13. Мохнаткин В. Г., Солонщиков П. Н., Рылов А. А., Горбунов Р. М. Машины и оборудование в животноводстве. Лабораторный практикум. Киров : Вятская ГСХА, 2017. 88 с.
14. Мохнаткин В. Г., Солонщиков П. Н. Технологии и технические средства для приготовления и раздачи кормов. Киров : Вятская ГСХА, 2016. 58 с.
15. Мохнаткин В. Г., Алешкин А. В., Косолапов Е. В., Кошурников Д. Н. Теоретические исследования процесса разрушения стебельного материала молотковыми органами // Совершенствование технологии и средств механизации производства продукции растениеводства и животноводства: Материалы научно-практической конференции. Киров : НИИСХ Северо-Востока, 2007. С. 65-69.
16. Мохнаткин В. Г., Баранов Н. Ф., Рылов А. А., Косолапов Е. В. Патент на полезную модель № 45067, МПК7 А 01 F 29/00. Измельчитель-раздатчик кормов. № 2004135745/22, Заявлено 06.12.2004, Опубл.
27.04.2005, Бюл. № 12.
17. Мохнаткин В. Г., Баранов Н. Ф., Рылов А. А., Косолапов Е. В., Кошурников Д. Н. Патент на полезную модель № 56775, МПК7 А 01 F 29/00 А 01 К 5/00. Измельчитель-раздатчик кормов / № 2006102116/22, Заявлено 25.01.2006, Опубл. 27.09.2006, Бюл. № 27.
18. Мохнаткин В. Г., Рылов А. А., Косолапов Е. В., Кошурников Д. Н. Патент на полезную модель № 58846, МПК7 А 01 F 29/00 А 01 К 5/00. Измельчитель-раздатчик кормов / № 2006126348/22, Заявлено
20.07.2006, Опубл. 11.12.2006, Бюл. № 34.
19. Мохнаткин В. Г., Косолапов Е. В., Кошурников Д. Н., Кириллов И. А. Оценка энергетической эффективности измельчителя раздатчика в режиме измельчения соломы в рулонах // Науке нового века - знания молодых. Материалы докладов 7-й научной конференции аспирантов и соискателей: Сборник научных статей. Киров: Вятская ГСХА, 2007. С. 113-116.
20. Косолапов Е. В. Применение тензорезисторов при исследовании прочностных свойств стебельного материала // Перспективы развития науки и образования Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции: в 8 частях. ООО «АР-Консалт». 2015. С. 40-41.
Дата поступления статьи в редакцию 20.03.2018, принята к публикации 23.04.2018.
Информация об авторах: Солонщиков Павел Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технологического и энергетического оборудования» Адрес: Вятская государственная сельскохозяйственная академия, 610017, Россия, г. Киров, Октябрьский проспект, 133 E-mail: [email protected] Spin-код: 2559-6921
Косолапов Евгений Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Электротехники и электроники»
Адрес: ФГБОУ ВО «Вятский государственный университет», 610000, Россия, г. Киров, Московская 36 E-mail: [email protected] Spin-код: 9284-0320
Заявленный вклад авторов: Солонщиков Павел Николаевич: общее руководство проектом, анализ и дополнение текста статьи. Косолапов Евгений Владимирович: сбор и обработка материалов, подготовка первоначального варианта текста.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
REFERENCES
1. Kosolapov E. V. Sovershenstvovanie konstrukcii i optimizaciya parametrov mobil'nogo izmel'chitelya-razdatchika stebel'nyh kormov [Improvement of design and optimization parameters of mobile grinder-dispenser stem of the feed. Ph. D. (Engineering) diss.], 05.20.01. Kirov, 2017. 22 p.
2. Gorgodze A. R., Vedishchev S. M., Prohorov A. V. Obosnovanie perspektivnogo napravleniya razvitiya izmel'chitelej grubyh kormov i podstilki [Substantiation of perspective directions of development of the shredders of coarse fodder and litter], Ustojchivoe razvitie regionovMaterialy Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konfe-rencii [Sustainable development of the regions. Materials of the International scientific-practical conference], 2016. pp. 100-105.
3. Vedishchev S. M., Gorgodze A. R., Prohorov A. V., Kobzev D. E., Maksimenko D. A. Perspektivy razvitiya tekhniki i tekhnologij dlya zagotovki, prigotovleniya i razdachi grubyh kormov na fermah KRS [Prospects of development of techniques and technologies for harvesting, preparation and distribution of fodder on farms cattle], Innova-cii v sel'skom hozyajstve [Innovation in agriculture], 2017. No. 2 (23). pp. 188-197.
4. Bulatov S. Yu. Povyshenie effektivnosti prigotovleniya kormov putem sovershenstvovaniya konstrukcii i tekhnologicheskogo processa kormoprigotovitel'nyh mashin [Improving the efficiency of preparation of feed by improving the design and process cosmoproletar machines], Permskij agrarnyj vestnik: Nauchno-prakticheskij zhurnal [Perm agrarian Bulletin: scientific and practical journal], No. (17) 2017. «Permskaya gosudarstvennaya sel'skoho-zyajstvennaya akademiya imeni akademika D. N. Pryanishnikova», g. Perm', 2017. pp. 55-64.
5. Bulatov S. Yu. Povyshenie effektivnosti rabochego processa malogabaritnogo kombikormovogo agregata pu-tyom sovershenstvovaniya sistemy zagruzki i ochistki furazhnogo zerna (improving the efficiency of the working process of small feed mills of AG-regatta by improving the system load and cleaning of feed grains. Ph. D. (Enginee-rig) diss.), 05.20.01. Kirov, 2011. 170 p.
6. Mohnatkin V. G., Kosolapov E. V. Obzor universal'nyh tekhnicheskih sredstv dlya izmel'cheniya i razdachi grubyh kormov [Overview of universal technical means for grinding and giving roughage], Uluchshenie ekspluata-cionnyh pokazatelej sel'skohozyajstvennoj ehnergetiki: Mezhvuzovskij sbornik nauchnyh trudov [Improving the performance of agricultural energy: interuniversity collection of scientific works], Kirov: Vyatskaya GSKHA, 2004. Vol. 4.pp.195-199.
7. Mohnatkin V. G., Rylov A. A., Kosolapov E. V. Povyshenie effektivnosti raboty molotkovogo iz-mel'chitelya-razdatchika grubyh kormov [Improving the efficiency of hammer mill-distributor of forage], Uluchshenie ehkspluatacionnyh pokazatelej sel'skohozyajstvennoj energetiki: Mezhvuzovskij sbornik nauchnyh trudov [Improving the performance of agricultural energy: interuniversity collection of scientific works], Kirov: Vyatskaya GSKHA, 2005. Vol. 5. pp. 164-168.
8. Mohnatkin V. G., Kosolapov E. V, Koshurnikov D. N. Povyshenie effektivnosti izmel'cheniya stebel'nyh ma-terialov [Improving the efficiency of grinding of STE-cabling materials], Traktory i sel'skohozyajstvennye mashiny [Tractors and agricultural machinery],2007. No. 2 pp. 31-32.
9. Mohnatkin V. G., Solonshchikov P. N., Odegov V. A. Mekhanizaciya, elektrifikaciya i avtomatizaciya pro-cessov v zhivotnovodstve [Mechanization, electrification and automation of processes in animal husbandry], Metodi-cheskoe posobie. Kirov: FGBOU VPO Vyatskaya GSKHA, 2015. 51 p.
10. Kosolapov E. V. Razrabotka i sozdanie mobil'nogo izmel'chitelya-razdatchika stebel'nyh kormov Vavilovs-kie chteniya [Development and creation of mobile grinder-dispenser stem feed], Materialy mezhregional'noj nauchnoj konferencii molodyh uchenyh i specialistov sistemy APK Privolzhskogo federal'nogo okruga [Vavilovskaya readings: materials of the interregional scientific conference of young scientists and specialists of the system of agriculture of Volga Federal district], Saratov, 2003. pp. 7-9.
11. Solonshchikov P. N., Moshonkin A. M. Tekhnologii po prigotovleniyu i razdache kormov [Technologies for the preparation and distribution of feed], Znaniya molodyh - budushchee Rossii. Materialy XIIIMezhdunarodnoj stu-dencheskoj nauchnoj konferencii: Sbornik nauchnyh trudov [Knowledge of young people is the future of Russia. Proceedings of the XIII international student scientific conference: Collection of scientific works], In 4 part. Part 2. Tekh-nicheskie nauki. Kirov: FGBOU VPO Vyatskaya GSKHA, 2015. pp. 130-133.
12. Mohnatkin V. G., Kosolapov E. V., Koshurnikov D. N., Kirillov I. A. Optimizaciya rabochego processa iz-mel'chitelya-razdatchika v rezhime izmel'cheniya [The optimization of the working process of the grinder-dispenser mode grinding], Sovershenstvovanie tekhnologii i sredstv mekhanizacii proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhi-votnovodstva: Materialy nauchno-prakticheskoj konferencii [Improving the technology and means of mechanization of crop and livestock production: Proceedings of the scientific-practical conference], Kirov: NIISKH Severo-Vostoka, 2007.pp.62-65.
13. Mohnatkin V. G., Solonshchikov P. N., Rylov A. A., Gorbunov R. M. Mashiny i oborudovanie v zhivot-novodstve [Machines and equipment in the stomach-Novosti], Laboratornyj praktikum, Kirov: Vyatskaya GSKHA, 2017. 88 p.
14. Mohnatkin V. G., Solonshchikov P. N. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva dlya prigotovleniya i razdachi kormov [Technologies and technical means for preparation and Rasta Chi feed], Kirov: Vyatskaya GSKHA, 2016. 58 p.
15. Mohnatkin V. G., Aleshkin A. V., Kosolapov E. V., Koshurnikov D. N. Teoreticheskie issledovaniya processa razrusheniya stebel'nogo materiala molotkovymi organami [Theoretical studies of the process of destruction of stem material on the hammermi], Sovershenstvovanie tekhnologii i sredstv mekhanizacii proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva: Materialy nauchno-prakticheskoj konferencii [Improving the technology and means of mechanization of crop and livestock production: Proceedings of the scientific-practical conference], Kirov: NIISKH Severo-Vostoka, 2007. pp. 65-69.
16. Mohnatkin V. G., Baranov N. F., Rylov A. A., Kosolapov E. V. Patent na poleznuyu model' No 45067, MPK7 A 01 F 29/00. Izmel'chitel'-razdatchik kormov [Shredder-feeder], No. 2004135745/22, Zayavleno 06.12.2004, Opubl. 27.04.2005, Byul. No. 12.
17. Mohnatkin V. G., Baranov N. F., Rylov A. A., Kosolapov E. V., Koshurnikov D. N. Patent na poleznuyu model' No. 56775, MPK7 A 01 F 29/00 A 01 K 5/00. Izmel'chitel'-razdatchik kormov [Shredder-feeder], No. 2006102116/22, Zayavleno 25.01.2006, Opubl. 27.09.2006, Byul. No. 27.
18. Mohnatkin V. G., Rylov A. A., Kosolapov E. V., Koshurnikov D. N. Patent na poleznuyu model' No. 58846, MPK7 A 01 F 29/00 A 01 K 5/00. Izmel'chitel'-razdatchik kormov [Shredder-feeder], No. 2006126348/22, Zayavleno 20.07.2006, Opubl. 11.12.2006, Byul. No. 34.
19. Mohnatkin V. G., Kosolapov E. V., Koshurnikov D. N., Kirillov I. A. Ocenka energeticheskoj effektivnosti izmel'chitelya razdatchika v rezhime izmel'cheniya solomy v rulonah [Evaluation of the energy efficiency of the chipper distributor in the mode of chopping straw in rolls], Nauke novogo veka znaniya molodyh. Materialy dokladov 7-j nauchnoj konferencii aspirantov i soiskatelej: Sbornik nauchnyh statej [The science of the new century - the knowledge of the young. Proceedings of the 7th scientific conference of post-graduate students and applicants: Collection of scientific articles], Kirov: Vyatskaya GSKHA, 2007. pp. 113-116.
20. Kosolapov E. V. Primenenie tenzorezistorov pri issledovanii prochnostnyh svojstv stebel'nogo materiala Perspektivy razvitiya nauki i obrazovaniya [Use of strain gages in the study of the strength properties of the stem material], Sbornik nauchnyh trudov po materialam Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii [Prospects of development of science and education Collection of scientific works on the materials of the International scientific-practical conference], In 8 part. OOO «AR-Konsalt», 2015. pp. 40-41.
Submitted 20.03.2018; revised 23.04.2018.
About the authors:
Pavel N. Solonshchikov, Ph. D. (Engineering), associate professor of the chair «Technological and power equipment» Address: Vyatka state agricultural Academy, 606340610017, Russia, Kirov, October prospect, 133 E-mail: [email protected] Spin-code: 2559-6921
Evgeniy V. Kosolapov, Ph. D. (Engineering), associate professor of the chair «Electrical engineering and electronics» Address: Vyatka state University, 610000, Russia, Kirov, Moscow Str., 36 E-mail: [email protected] Spin-code: 9284-0320
Contribution of the authors: Pavel N. Solonshchikov: managed the research project, analysing and supplementing the text. Evgeniy V. Kosolapov: collection and processing of materials, preparation of the initial version of the text.
All authors have read and approved the final manuscript.
05.20.01 УДК 631.3
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ГРЕБНЕВОЙ СЕЯЛКИ
© 2018
Владимир Иванович Курдюмов, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Агротехнологии, машины и безопасность жизнедеятельности» Ульяновский государственный аграрный университет имени П. А. Столыпина, Ульяновск (Россия) Евгений Сергеевич Зыкин, доктор технических наук, доцент, доцент кафедры «Агротехнологии, машины и безопасность жизнедеятельности» Ульяновский государственный аграрный университет имени П. А. Столыпина, Ульяновск (Россия)
Аннотация
Введение: статья посвящена теоретическому и экспериментальному обоснованию силы, необходимой на перемещение гребневой сеялки, а также ее энергетической оценке.
Материалы и методы: разработана технология возделывания пропашных культур и гребневая сеялка для ее осуществления. На каждой секции гребневой сеялки установлены лапа-сошник, рабочие органы с плоскими дисками и каток-гребнеобразователь. Применение гребневой сеялки позволяет одновременно выполнить предпосевную подготовку почвы под посев, высев семян, образование над высеянными семенами бугорка почвы, уплотнение бугорка почвы с трех сторон, а также окончательное формирование гребня почвы, требуемых размеров и плотности почвы в нем.
Результаты: теоретические исследования процесса гребневого посева пропашных культур предлагаемой гребневой сеялкой позволили установить, что на силу, требуемую на перемещение гребневой сеялки с необходимой скоростью, влияют вес рамы и ее секций, глубина погружения лап-сошников и стрельчатых лап в почву, геометрические размеры колес, геометрические размеры рабочих органов, а также физико-механические свойства почвы.
Обсуждение: выявлены соотношения между геометрическими размерами рабочих органов, глубиной обработки почвы и требуемой скоростью движения гребневой сеялки. При известных конструктивных параметрах и физико-механических свойствах почв разного типа можно определить силу, требуемую на перемещение гребневой сеялки, что дает возможность оптимизировать состав машинно-тракторного агрегата, а в итоге улучшить его технико-экономические показатели. Применение тензометрической станции позволило экспериментально подтвердить данные, полученные в результате теоретических исследований. Заключение: сила, требуемая на перемещение гребневой сеялки, выявленная экспериментально, оказалась в пределах от 11,6 до 12,1 кН (2,07.2,1 кН/м), а сходимость результатов теоретических и экспериментальных исследований составила 91 %.
Ключевые слова: возделывание, гребневая сеялка, обработка почвы, почва, растениеводство, технические средства, технология, урожайность, энергия, энергосбережение.
Для цитирования: Курдюмов В. И., Зыкин Е. С. Энергетическая оценка гребневой сеялки // Вестник НШГИЭИ. 2018. № 5 (84). С. 66-75.
