CC BY
28
УДК 631.353.23
ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА СУШКИ ТРАВ В ПОЛЕ
И.В. Кокунова, кандидат технических наук, доцент М.В. Стречень, аспирант О.С. Титенкова, аспирант
ФГБОУ ВПО «Великолукская ГСХА»
Проведен анализ технических средств для интенсификации сушки трав в поле. Предложена оригинальная конструкция машины для плющения стеблей скошенных трав, позволяющая ускорить процесс их влагоотдачи в нестабильных погодных условиях с целью повышения качества заготавливаемого корма.
Ключевые слова: стебельчатые корма, машина для плющения трав, интенсификация сушки, качество корма.
Основу кормовой базы сельскохозяйственных предприятий СевероЗападного региона Российской Федерации составляют корма, заготавливаемые из сеяных и естественных трав. Объемы заготовки кормов не стабильны и имеют тенденцию к заметному снижению. Это объясняется неустойчивостью урожаев кормовых угодий, зависимостью процесса заготовки кормов от складывающихся в этот период погодных условий, недостаточной обеспеченностью хозяйств кормоуборочной техникой и транспортными средствами [7].
Для обеспечения научно обоснованного питания сельскохозяйственных животных объемистые корма в виде сена, силоса и сенажа должны иметь среднюю энергетическую питательность не менее 10 МДж обменной энергии или 0,82 корм. ед. в 1 кг сухо-
го вещества при содержании сырого протеина на уровне 14% и выше [4].
Получение кормов такого качества обусловлено, прежде всего, своевременной уборкой кормовых культур, эффективностью применяемых технологий и технических средств, используемых в кормопроизводстве.
В технологии заготовки растительных кормов важной операцией является сушка трав в поле. Травянистые растения содержат 56-85% влаги. Чтобы в срезанных растениях полностью прекратились микробиологические процессы, необходимо в короткие сроки снизить влажность травяной массы.
Вода в растениях содержится на их поверхности, в капиллярах, в толще тканей и внутри клеток. По степени связности она делится на:
свободную или механически
связанную (влага капилляров и влага на поверхности);
• физико-химически связанную (адсорбционно и осмотически поглощенная);
• химически связанную (входящая в состав коллоидов).
Первый вид влаги и осмотически поглощенная характеризуются малой энергией связи с растениями и легко удаляются из них при полевой сушке. После удаления этой влаги влажность бобовых растений обычно составляет 50-55%, а злаковых - 40-45%. Оставшаяся влага, адсорбционно и химически связанная, удаляется с большим трудом. Кроме того, существенно отличаются скорости сушки разных частей и видов растений. Например, листья трав сохнут в несколько раз быстрее, чем их стебли; медленнее сохнет масса бобовых трав и молодых растений, главным образом, из-за высокого содержания протеина [1].
Для специалистов кормопроизводства важно также знать, что сушка растений не является простым удалением из них влаги, а сопровождается изменением химического состава и потерями сухой массы. Величина потерь питательных веществ находится в прямой зависимости от продолжительности сушки трав в поле. В течение первых 12 часов после скашивания в растениях продолжаются нормальные физиологические процессы. Фотосинтез происходит как обычно, и убыли сухого вещества не наблюдается. Постепенно нормальный обмен веществ переходит в стадию «голодного обмена», и процессы гидролиза
начинают преобладать над синтезом. С этого момента сушки начинается процесс потери сухой массы. Если за первые сутки потери редко превышают 5%, то за вторые они могут составить более 10%. «Голодный обмен» довольно быстро переходит в стадию «автолиза», характеризующуюся прекращением координированной деятельности ферментов, но еще сохраняющих активность - происходит односторонний распад органических веществ. Нежелательно, чтобы на этой стадии растения попадали под дождь или намокали от росы, так как активность ферментов в этом случае продляется, а потери сухого вещества продолжаются [1].
С самого начала процесса провяливания скошенных трав солнечная энергия концентрируется на открытой поверхности верхнего слоя прокоса (или валка) и лишь частично достигает его внутренних слоев. При этом, растения, расположенные на поверхности, интенсивно обезвоживаются с пересыханием листьев и соцветий, и наоборот, растения внутри слоя сохнут слишком медленно. При неустойчивой погоде могут происходить явления самосогревания и плесневения растительного материала. Поэтому при разработке режимов провяливания трав необходимо предусматривать меры по созданию в прокосах нужного микроклимата, способствующего регулированию и выравниванию процесса сушки.
Большое влияние на восстановление теплообмена и на интенсификацию процесса влагоотдачи скошенной
растительной массы, а также на равномерность ее провяливания оказывают такие эффективные приемы механической обработки, как ворошение и переворачивание скошенной массы. Так, при неизменных погодно-климатических условиях скорость удаления влаги из неворошенной массы в валках составляет 0,5-1,0% в час от ее содержания, а после ворошения влагоотдача увеличивается до 2% в час, то есть в 2-4 раза [7].
Для ворошения (вспушивания) скошенной растительной массы, ее сгребания в валки и оборачивания сформированных валков (при необходимости) применяют ворошилки-вспушиватели и ротационные грабли с вертикальной осью вращения рабочих органов. На сегодняшний день различают два типа таких машин. Машины первого типа (ворошилки-
вспушиватели) предназначены преимущественно для ворошения массы. Их рабочий орган представляет собой ротор, на котором радиально закреплены опоры (граблины) со сдвоенными пружинными зубьями. Ось ротора расположена под небольшим углом к вертикали с опорой на самоустанавливающееся пневматическое колесо. В зависимости от условий работы регулируется требуемый угол разбрасывания (угол атаки) путем перестановки опорного колеса. При обработке влажной, длинной и тяжелой растительной массы угол атаки увеличивается, при сушке редкой и более легкой массы -уменьшается. К таким машинам можно отнести ворошилки-вспушиватели серий KW и KWT фирмы KRONE,
VOLTO фирмы CLAAS, GF фирмы KUHN, GT и GTH фирмы TONUTTI
[3].
При вращении роторов скошенная масса захватывается пружинными зубьями и под действием наклона и большой скорости роторов разбрасывается по полю рыхлым слоем, хорошо продуваемым воздухом. Это ускоряет процесс подвяливания трав. Ширина захвата машин зависит от числа роторов. Ворошилки VOLTO CLAAS имеют захват от 4,5 до 13 м. Число роторов варьируется от 4 у модели VOLTO 45 до 10 у модели VOLTO 1320Т. Машины складывающиеся, и в транспортном положении их габарит не превышает 3 м. Шарнирное крепление секций многороторных ворошилок обеспечивает копирование рельефа поля.
Машины второго типа - ротационные грабли с поворотными грабли-нами имеют штанги с секциями пружинных зубьев (обычно 3-4 спаренных пружинных зуба на одной штанге), которые крепятся на роторе с приводом от ВОМ трактора. Смонтированный в роторе специальный кулачковый механизм управления граблинами имеет копир в виде профилированной беговой дорожки, по которой перекатываются ролики кривошипов на опорах граблин. Пружинные зубья граблин, находясь в вертикальном положении, сгребают и перемещают массу в направлении вращения ротора. В нужный момент, определяемый копиром ротора, штанга поворачивается, зубья граб-лины сбрасывают травяную массу и проходят над образующимся валком.
Высота расположения граблин над поверхностью поля регулируется перестановкой опорных колес по регулировочным отверстиям или бесступенчато винтовым механизмом. Дальность отбрасывания растительной массы ограничивается валкоукладчиком, представляющим собой гибкий пластиковый фартук или пружинную граблину.
Однороторные грабли-валко-образователи серии LINER моделей 350S, 390S, 430S и 470S компании CLAAS производятся в навесном варианте и имеют захват 3,5; 3,8; 4,2 и 4,6 м соответственно. Они укладывают валок слева (по ходу машины) от ротора. Работая челночным способом, могут формировать двойной валок (укладывая один на другой) за два прохода.
Двухроторные валкообразовате-ли выпускаются прицепными. В процессе их работы возможно встречное вращение роторов и образование одного валка между ними (TS 800 D Hydro фирма FELLA, GA 7301 фирма KUHN). Кроме того, возможно образование валков по ширине захвата каждого ротора или сдваивание валков с последовательной передачей массы вращающимися в одном направлении роторами (LINER 2600, 2700, 2800 и 2900 CLAAS, TS 1601 FELLA). Роторы валкователей LINER 650TWIN, LINER 1550TWIN PROFIL компании CLAAS смещены по ходу машины, вращаются в одну сторону и образуют валок слева от машины. Такая схема позволяет при движении валкообразователя челноком получать валок с двух проходов агрегата, т.е. с площади шириной
13,5 м. Модель LINER 1550TWIN PROFIL позволяет за один проход формировать также два валка - один между роторами, другой слева от машины. Учитывая разнообразие кормовых угодий и хозяйственных условий, компания CLAAS производит валкооб-разователи LINER 3000 в четырехро-торном исполнении, формирующие за один проход валок с полосы шириной 12,5 м [5].
В отличие от других стран, где преимущественное распространение получили специализированные роторные ворошилки (вспушиватели) и вал-кователи, в Российской Федерации производятся в основном универсальные ротационные грабли-ворошилки. Анализ выпускаемых отечественных машин показывает, что в линейке этой техники имеются как однороторные модели с боковой укладкой валка, так и двухроторные с центральной укладкой. К однороторным следует отнести грабли-ворошилку KOLIBRI 471 компании «Ростсельмаш» шириной захвата 4,7 м и ГРР-3,6 (ОАО «Людинов-ский машиностроительный завод») -3,6 м. Налажено производство двухро-торных машин ГВР-6Р (ЗАО «Бежецк-сельмаш») шириной захвата 6 м, KOLIBRI DUO 810 «Ростсельмаш» с регулируемой шириной захвата 6,8-7,6 м [3].
Широко применяются на заготовке кормов грабли-ворошилка ГВР-630 производства ОАО «Бобруйскаг-ромаш» с шириной захвата 6,3 м. В последнее время на рынке сельскохозяйственной техники появилась новая разработка белорусских машино-
строителей - роторные грабли ГР-700П с увеличенной шириной захвата до 7,3 м. Они могут работать как одним, так и двумя роторами с возможностью регулирования ширины и высоты формируемого валка.
Учеными Северо-Западного НИИ МЭСХ установлено, что, во избежание механических потерь, ворошение скошенных трав экономически выгодно проводить при влажности бобовых культур не ниже 50-55%, а злаковых - 40-45%. При этом потери сухого вещества после двух-, трехкратного ворошения не превышают 5-7% [6].
Для выравнивания скоростей сушки отдельных частей растений эффективным технологическим приемом считается плющение стеблей, особенно бобовых трав. При этом увеличивается площадь испарения, что способствует интенсификации процесса поступления влаги из центра к поверхности стебля и благоприятно влияет на ход сушки. Так, плющение бобовых
трав при стабильных погодных условиях способствует ускорению процесса сушки в 1,3-1,5 раза, уменьшает потери сухого вещества в 1,5-2,0 раза, сырого протеина в 3-4 раза, каротина в 2-4 раза по сравнению с сушкой без такой обработки [7].
Плющение трав осуществляется обычно под действием рабочих органов косилок-плющилок. По типу рабочего органа плющилки подразделяются на две группы: вальцовые (рисунок 1, а) и бильные (рисунок 1, б).
Плющильные вальцы выполняют гладкими, ребристыми или штифтовыми. В ребристых и штифтовых вальцах ребра (штифты) одного вальца входят между ребрами (штифтами) другого. Гладкие вальцы обеспечивают требуемую полноту плющения при минимальном отрыве и потере листьев и соцветий. Они изминают стебли с частичным нарушением целостности кутикулы. Диаметр гладких вальцов составляет 200-400 мм, а ребристых и штифтовых - меньше на 10-15%.
........1
ттж
1 [ ШШ '""щ ''}
а к а и
¥ ) Г В 1 \ 1- у в -8 /в
а б
а - вальцовый плющильный аппарат; б - бильный плющильный аппарат Рисунок 1 - Плющильные аппараты косилок-плющилок
На качество плющения и динамику влагоотдачи влияют давление между вальцами, материалы, форма поверхности, диаметр и окружная скорость вальцов. Вальцы растягивают слой материала, прежде чем он попадает в зазор между ними. От окружной скорости вальцов зависит высота слоя, поступающего в зазор. С увеличением окружной скорости вальцов высота слоя уменьшается до определенного предела, после которого связность подаваемого материала нарушается и начинается отрыв отдельных порций от слоя. При слишком большой скорости поверхность вальцов пробуксовывает относительно слоя. Буксование вальцов по слою материала отрицательно сказывается на качестве плющения, так как приводит к неравномерной сушке материала вследствие истирания и обрыва листьев. Пока сила протаскивания равна силе сопротивления, процесс происходит без скольжения.
Попадая в плющильный зазор, слой уплотняется под действием давления вальцов. Увеличение давления может вызвать дробление стеблей и отрыв листовой части растений и соцветий, а при недостаточном давлении большое число стеблей остается без механических повреждений, и влагоотдача замедляется. Оптимальное линейное давление для большинства культур равно 30 Н/см длины вальцов [2].
Бичевой ротор-кондиционер (рисунок 1, б) по сравнению с вальцовым аппаратом обеспечивает более интенсивную сушку трав.
Повреждение воскового слоя растений происходит за счет удара бил и протаскивания травы по рифленым или гладким кожухам. Окружная скорость бичей составляет 13-18 м/с. Однако при обработке таким аппаратом бобовых трав возрастают потери листьев и соцветий. Вследствие этого многие производители (CLAAS, JOHN DEERE, KRONE, KUHN и др.) выпускают косилки-плющилки в двух модификациях: с вальцовым и бильным аппаратами. Вальцы рекомендуются для плющения бобовых, а бильный аппарат - для обработки злаковых трав.
На косилках компаний CLAAS, PÖTTINGER, KRONE,
KVERNELAND расширяется применение плющильных устройств с бичами, которые могут быть расположены по спирали или на одной линии. При этом наблюдаются два основных направления в развитии. К первому типу относятся кондиционеры, имеющие била V-образной формы и цилиндрический направляющий кожух, который для регулировки интенсивности обработки скошенной массы может устанавливаться в нескольких положениях. Второй тип кондиционеров динамического действия имеет гребенку, расположенную на внутренней поверхности направляющего кожуха, изменением угла наклона которой регулируется интенсивность обработки скошенной массы. Кондиционерами такого типа оснащены косилки серии FC-250 и FC-300 фирмы KUHN.
При выборе технических средств для кормозаготовки необхо-
димо принимать во внимание тот факт, что при неустойчивой погоде расплющенные стебли под воздействием осадков намного больше увлажняются, чем неплющеные. Это приводит к увеличению времени провяливания растительного сырья, и тем самым, к большим потерям питательных веществ, в том числе за счет резкого увеличения их вымывания.
Питательность заготавливаемых растительных кормов зависит от количества выпавших осадков и влажности травяной массы к моменту их выпадения. Установлено, что выпадение осадков на только что скошенную траву не оказывает существенного влияния на снижение качества корма, а только удлиняет процесс провяливания. И наоборот, чем сильнее провялена трава, попадающая под дождь, тем больше потери питательных веществ, так как стенки омертвевших растительных клеток становятся более проницаемыми для воды. В этих условиях путем вымывания теряется значительное количество легкорастворимых веществ, таких, как сахара, азоти-
стые вещества и другие компоненты
[7].
Отсюда следует, что при заготовке кормов в неблагоприятных погодных условиях, характерных для большинства областей СевероЗападного региона России, интенсифицировать процесс провяливания за счет плющения стеблей при кошении трав удается не всегда. Получить высококачественный корм в таких условиях возможно, только заготавливая его с применением специфических, экономически оправданных для конкретных условий, технологических операций и необходимых технических средств.
В последние годы на мировом рынке кормозаготовительной техники появились новые технические средства, предназначенные для плющения уже скошенной растительной массы. Они могут также использоваться для повторного плющения подвяленных трав. К таким машинам относится ре-кондиционер ЯеСоп 300 канадской компании «АО БЫШ» (рисунок 2).
а б
а - технологический процесс работы рекондиционера; б - плющильный валец Рисунок 2 - Машина для плющения стеблей скошенных трав (рекондиционер) ЯеСоп 300 компании «АО БЫШ»
ЯеСоп 300 - это высокоскоростная производительная машина для расплющивания стеблей трав. Плющильные металлические вальцы (рисунок 2, б) выполнены ребристыми. Смесители-дефлекторы (рисунок 2, а), установленные на раме машины, перемещают обработанный рекондицио-нером валок немного в сторону и укладывают его на сухое место (существует возможность оборачивания валка). Многолетний опыт работы с машиной в Канаде, США, Австралии показал, что переворачивание валков после повторного плющения значительно ускоряет время сушки трав в поле [10].
Подбор подвяленной растительной массы из валка осуществляется ребристыми плющильными вальцами. Однако в связи с их низким расположением над поверхностью поля вместе с обрабатываемым материалом часто происходит захват земли и камней, что загрязняет заготавливаемый корм и ухудшает его качество.
Аналогичную конструкцию плющильного аппарата имеет еще одна канадская машина Super-ted 221. Она оснащена кондиционером с металлическими пружинными пальцами (рисунок 3), позволяющими дополнительно обрабатывать растительную массу и формировать более вспушенный легко продуваемый валок, что способствует интенсификации сушки трав в поле [9].
Известна еще одна машина для плющения стеблей трав после скашивания ПТП-2 (рисунок 4) [8]. Она содержит барабанный подборщик с пружинными пальцами и два плющильных металлических вальца. Верхний валец может перемещаться в направляющих в зависимости от толщины поступающего слоя стеблей. Нижний валец имеет продольные пазы, улучшающие захват массы. Недостатком машины является ее большая металло- и энергоемкость, что приводит к увеличению себестоимости производимого травяного корма.
а б
а - общий вид машины; б - технологический процесс работы рекондиционера
Рисунок 3 - Машина для плющения стеблей скошенных трав Super-ted 221, оснащенная кондиционером
Широкого распространения в сельскохозяйственных предприятиях Северо-Запада России данные машины (рекондиционеры) не получили по ряду причин, в том числе и в связи с отмеченными недостатками. На кафедре сельскохозяйственных машин Великолукской ГСХА предложено новое техническое решение машины для
плющения стеблей скошенных трав (патент на полезную модель ЯИ 117772, 2012 г.) [6].
Плющильный аппарат разработанной машины (рисунок 5) состоит из нижнего 1 и верхнего 5 плющильных вальцов, с закрепленными на их поверхности резиновыми бичами 7.
1, 5 - нижний и верхний плющильные вальцы, 2 - палец; 3 - механизм периодического выноса пальцев; 4 - регулировочный винт; 6 - прижимное устройство; 7- бичи Рисунок 5 - Плющильный аппарат с пальцевым механизмом подбора
Подбор из валка подвяленной растительной массы и ее подача в зону плющения осуществляются механизмом 3 периодического выноса пальцев в двух взаимно перпендикулярных диаметральных плоскостях, расположенным в нижнем плющильном вальце 1. Так как коленчатая ось с пальцами 2 смещена относительно центра вращения вальца, то пальцы в его нижней части выступают из корпуса, а в верхней - утопают в нем. Давление прессования растительной массы плющильными вальцами устанавливается с помощью регулировочного винта 4 пружинного механизма.
С целью повышения равномерности распределения нагрузки по рабочей длине плющильных вальцов конструкция прижимного устройства 6 выполнена в виде рамки, движущейся в пазах направляющей рамы машины.
Работу плющилки можно оценить по ускорению влагоотдачи растительной массы. Количественным показателем эффективности служит коэффициент влагоотдачи т] , определяемый по формуле
Рисунок 6 - Полевые испытания машины для плющения стеблей скошенных трав (разработка Великолукской ГСХА)
1
г/ = 1 -
Ж
у НП
где Жп - влажность плющеной травы;
ЖНП - влажность неплющеной травы.
Разработан опытный образец плющилки стеблей скошенных трав и проведены его полевые испытания (рисунок 6). Установлено, что наиболее существенное влияние на процессы плющения растительной массы и интенсификацию влагоотдачи стеблей оказывают технологические и конструктивные параметры машины, рациональные значения которых находятся в следующих пределах: скорость движения машины (6,89-7,56 км/ч), частота вращения плющильных вальцов 680 мин-1, максимальная рабочая длина вылета пальцев подбирающего механизма 86 мм, диаметр плющильных вальцов 218 мм, расстояние между геометрическими осями пальцевого механизма подбора 43 мм.
Использование машины для плющения стеблей скошенных трав с рекомендованными параметрами в нестабильных погодных условиях Северо-Запада России позволит сократить продолжительность сушки трав в поле на 25-28%, что положительно скажется на качестве заготавливаемого травяного корма.
Проведенный анализ технических средств для интенсификации процесса сушки трав в поле при заготовке объемистых кормов показал разнообразие технологических прие-
мов и групп кормоуборочных машин, позволяющих заготавливать качественные растительные корма вне зависимости от погодных условий, складывающихся в период массовой кормозаготовки. Выбор комплекса машин для конкретных условий производства определяется, прежде всего, видом заготавливаемого корма, его объемами, поголовьем сельскохозяйственных животных, экономическими возможностями хозяйства, природно-климатическими особенностями региона и рядом других факторов.
Список литературы
1. Бубенщиков Е.П. Сенаж в упаковке -технология вашего успеха: руководство по технологии /Е.П. Бубенщиков, В.М. Гуляев.
- Пермь: ОАО «Крестьянский дом», 2010. -60 с.
2. Клочков А.В. Заготовка кормов зарубежными машинами /А.В. Клочков, В.А. Попов, А.В. Адась. - Горки, 2001. -201 с.
3. Кокунова И.В. Основные типы машин для ворошения и сгребания трав, применяемые в условиях Северо-Запада России /И.В. Кокунова, М.В. Стречень //Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве: материалы междунар. науч.-практ. конф. В 3 т. Т. 2. - Мн: РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства», 2011. - С. 127-130.
4. Орсик О.С. Инновационные технологии и комплексы машин для заготовки и хранения кормов: рекомендации /О.С. Орсик, Е Л. Ревякин. - М.: ФГНУ «Ро-синформагротех», 2008. - 140 с.
5. Особов В.И. Механическая технология кормов /В.И. Особов. - М.: Колос, 2009.
- 344 с.
6. Патент на полезную модель 117772 РФ, МПК7 А01Б 43/10. Машина для плюще-
ния стеблей скошенных трав /И.В. Кокунова, М.В. Стречень, Р.Н. Смирнов; заявитель и патентообладатель Великолукская гос. с.-х. академия. - №2011152362/15; заявл. 21.12.2011; опубл. 10.07.2012, Бюл. №19.
7. Способы и технологические процессы з аготовки высококачественного сена в условиях повышенного увлажнения /В.Д. Попов [и др.]. - СПб.: ГНУ СЗНИИМЭСХ Россель-хозакадемии, 2012. - 72 с.
8. Плющилка ПТП-2 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://alcala.ru/bse/izbrannoe/slovar-P/P13548.shtml, свободный. - Загл. с экрана. - [рус. яз.].
9. Super-ted High Speed Swath Conditioners [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http: //www.teagle.co. uk/Products/Tedder s/ted.asp, свободный. - Загл. с экрана. -[англ. яз.].
10. Re-Con-300 [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://www.agshield.com/de/Re-Con-300/recon-300-benefits.html, свободный. -Загл. с экрана. - [англ. яз.].
