Будков Виктор Иванович. Совершенствование формирования массива силосуемых кормов ручной электротрамбовкой ударного действия

brief description

Будков Виктор Иванович. Совершенствование формирования массива силосуемых кормов ручной электротрамбовкой ударного действия : диссертация ... кандидата технических наук : 05.20.01 / Будков Виктор Иванович; [Место защиты: Ставроп. гос. аграр. ун-т].- Ставрополь, 2009.- 167 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/1609

СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
(СтГАУ)

На правах рукописи
БУДКОВ Виктор Иванович
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ МАССИВА СИЛОСУЕМЫХ КОРМОВ РУЧНОЙ ЭЛЕКТРОТРАМБОВКОЙ
УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ
Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского
хозяйства (по техническим наукам)
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель:
Ангилеев О.Г.,
лауреат Государственной премии СССР, доктор технических наук, профессор
Ставрополь - 2009 
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 9
1.1 Обоснование темы исследования 9
1.2 Краткий обзор исследований процессов сжатия листо-стебельчатых материалов и моделирование их свойств 17
1.3 Анализ факторов, влияющих на уплотнение материалов
под воздействием ударной и вибрационной нагрузок .... 25
1.4 Обзор конструкций механизированного ручного инстру¬мента для уплотнения рыхлых материалов 33
1.5 Выводы из раздела 47
2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 50
2.1 Исследование динамики газо-, влаго- и теплопереноса в горизонтальных силосохранилищах (ГСХ) 50
2.2 Расчет коэффициента динамичности при ударной нагруз¬ке 57
2.3 Определение динамических напряжений при уплотне¬нии силосуемых кормов ударной нагрузкой 60
2.4 Определение конструктивно-эксплуатационных парамет¬ров трамбовки, влияющих на уплотнение силосуемых кормов 63
3 ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ 67
3.1 Общая программа и методика исследования 67
3.2 Частные методики 68
3.2.1 Методика определения влажности и длины резки ис¬ходного растительного материала 68
3.2.2 Методика определения параметров трамбовки и режи¬мов уплотнения 68
з
3.2.3 Методика обработки экспериментальных данных 74
3.2.4 Методика сооружения и расчета многосекционного малообъемного приусадебного силосохранилища 79
3.2.5 Описание приборов, экспериментального стенда и уст¬ройств 81
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.... 88
4.1 Влажность и длина резки исходного растительного мате¬риала 88
4.2 Определение рабочих параметров ручной электрифици-рованной трамбовки ударного действия для уплотнения силосуемой массы 88
4.3 Определение рациональных режимов уплотнения сило¬суемой массы ручной электрифицированной трамбовкой ударного действия 97
4.4 Сравнительные наблюдения за уплотнением массива рез¬ки вручную и с применением механической трамбовки.... 106
5 РАСЧЕТ ЭНЕРГОЗАТРАТ И ТЕХНИКО-КОНОМИЧЕС- КОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ УДАРНОГО ФОРМИРОВАНИЯ МАССИВА СИЛОСУЕМЫХ КОРМОВ 109
5.1 Сравнительный расчет энергетических затрат на уплотне¬ние силосуемого корма 109
5.2 Технико-экономическая оценка приготовления силосуемо-го корма и экономическая эффективность результатов ис-следования 112
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 131
ЛИТЕРАТУРА 134
ПРИЛОЖЕНИЯ 145
ВВЕДЕНИЕ
Структурные преобразования, происшедшие в сельском хозяй-стве в последнее 10-и летие, не только повлекли существенное пе-рераспределение численности скота, содержащегося на животно-водческих фермах с.-х. предприятий и на подворьях крестьян, но и коренным образом повлияли на структуру посевных площадей под кормовыми культурами.
Посевы высокоурожайных силосных культур - кукурузы, под-солнечника, сорго - сократились в среднем по Ставропольскому краю больше чем в 4 раза, а в отдельных районах - в 20-40 раз. Сельскохозяйственные предприятия засевают этими культурами площади, достаточные для минимального обеспечения силосом ско¬та, содержащегося на фермах. Это привело к тому, что силос фак¬тически исключен из рациона скота большинства фермерских, кре¬стьянских и личных хозяйств, хотя никто не оспаривал высокой кормовой и диетической эффективности качественного силоса. Си¬лосованный корм охотно поедается всеми видами скота, благопри¬ятно влияет на моторику кишечника животных, 1 кг со¬держит 0,2...0,24 к.е. и, что весьма важно, имеет невысокую стои¬мость.
Так стоимость 1 ц к.е. силоса не превышает 190 руб., что в 1,4 раза дешевле 1 ц к.е. содержащихся в сене, в 1,6 раза дешевле, чем в зернофураже.
С другой стороны практически все опрошенные владельцы ча-стных подворий основные трудности и проблемы содержания скота, увеличения численности поголовья и роста продуктивности, связы-вают с нехваткой кормов, их дороговизной и невысоким качеством. Основными, в указанном плане, называются:
- недостаточность площадей и низкая продуктивность пастбищных
выпасов;
- дороговизна зеленых кормов из однолетних и многолетних трав, травосмесей, продаваемых на корню;
- низкое качество и высокая стоимость силоса, реализуемого с.-х. предприятиями владельцам подворий, осложняемое трудностями доставки его в зимнее время;
- низкое качество и дороговизна концентрированных кормов;
- несбалансированность и однообразие рациона скота, содержаще-гося на подворьях.
Не умаляя важности решения других проблем, стоящих перед владельцами малых фермерских, крестьянских и личных подсобных хозяйств, на основании изложенного можно сделать вывод, что ос-новные сложности содержания скота на подворьях заключаются в обеспечении поголовья животных потребным количеством качест-венных и дешевых кормов. Одними из таких кормов являются наи-более дешевые и энергетически ценные силос и сенаж, обеспечение потребности скота в которых позволит получать качественную про-дукцию животноводства в больших количествах и с наименьшими затратами.
Именно на решение этой проблемы и направлено настоящее исследование.
Целью работы является совершенствование формирования массива силосуемых кормов с применением ручной электрифици-рованной трамбовки ударного действия, рабочие характеристики которой отвечают требованиям процесса и обеспечивают мини-мальные энергетические, материальные и трудовые затраты.
Для достижения указанной цели необходимо решить следую¬щие задачи исследования:
- рассмотреть динамику газо-, влаго- и теплопереноса в сформиро¬ванном массиве стебельчатых кормов и в процессе его уплотне¬ния;
- исследовать динамику ударного уплотнения силосуемых кормов, закладываемых в малообъемные хранилища;
- выполнить анализ рабочих характеристик ручных механических трамбовок ударного действия, определить параметры и установить режимы их работы при уплотнении силосуемых кормов;
- разработать программу автоматизированного расчета многосекци-онного хранилища для силосованных кормов;
- определить технико-экономическую эффективность приусадебно¬го приготовления силосованных кормов.
Рабочей гипотезой явилось предположение о возможности низкозатратного, в материальном, энергетическом и трудовом вы-ражении, приготовления качественных силосованных кормов в ма-лообъемных приусадебных хранилищах путем использования усо-вершенствованных ручных механических трамбовок, параметры и режимы работы которых отвечают требованиям формирования мас-сива кормовой массы.
Объект исследования: процесс формирования массива сило-суемого корма в малообъемном хранилище модернизированной ме-ханической трамбовкой ударного действия.
Предмет исследования: закономерности изменения плотно¬сти силосуемого корма, параметры и режимы работы ручной меха-нической трамбовки ударного действия.
В первой главе работы обоснована тема исследования, выпол¬нен краткий обзор исследований процессов сжатия листостебельча¬тых материалов, рассмотрено моделирование их свойств. Проведен анализ факторов, влияющих на уплотнение материалов под воздей-ствием ударной и вибрационной нагрузки. Сделан обзор конструк¬ций механизированного ручного инструмента для уплотнения мате¬риалов с высокой скважностью.
Во второй главе на базе трудов отечественных и зарубежных ученых исследована динамика газо-, влаго- и теплопереноса в сило-сохранилище. Проведен расчет коэффициента динамичности, опре-делены динамические напряжения при уплотнении силосуемых кормов ударной нагрузкой, установлены параметры ручной трам-бовки, влияющие на уплотнение силосуемых кормов.
В третьей главе изложены методики проведения наблюдений, планирования и обработки эксперимента, установления параметров механической трамбовки, определения рациональных режимов уп-лотнения силосуемой массы, предложена программа расчета много-секционного малообъемного приусадебного силосохранилища.
В четвертой главе приведены результаты определения исход¬ной влажности травяной и кукурузной резки. Получены экспери-ментальные числовые значения зависимости плотности кукурузной и травяной резки от рабочих параметров ручной электрифициро¬ванной трамбовки и исследуемых режимов уплотнения, приведены сравнительные наблюдения за уплотнением массива кукурузной резки вручную и с применением механической трамбовки.
В пятой главе проведена сравнительная оценка энергетических затрат процесса уплотнения силоса с использованием ручной трам-бовки и электрифицированной трамбовки ударного действия. Опре-делена технико-экономическая эффективность приусадебного при-готовления силосованных кормов.
Научная новизна исследования заключается в установлении значимости конструктивно-технологических факторов, влияющих на процесс формирования массива силосуемой массы ручной меха-нической трамбовкой ударного действия в малообъемных хранили-щах, определении закономерностей уплотнения влажной раститель-ной массы под воздействием ударной нагрузки.
Практическая значимость исследования заключается в ус¬
тановлении параметров и режимов работы ручной механической трамбовки ударного действия для уплотнения силосуемых кормов, создании программы для расчета многосекционного приусадебного хранилища, в возможности использования результатов работы в фермерских, крестьянских и личных подсобных хозяйствах при за-готовке корма в малообъемных хранилищах.
По результатам выполненного исследования на защиту выно-сятся следующие положения, имеющие научную и практическую значимость:
- установление значимости факторов, влияющих на процесс форми-рования массива силрсуемой массы, под действием ударной нагруз-ки в малообъемных хранилищах;
- закономерности уплотнения растительной массы с упруго-вязко-пластичными свойствами под воздействием ударной нагрузки;
- определение параметров ручной механической трамбовки ударного действия для уплотнения силосуемого сырья, модернизация ее кон-струкции и подбор режимов работы применительно особенностей выполняемого процесса;
- методика автоматизированного расчета многосекционного храни-лища для силосования кормов.

bibliography

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. В настоящее время свыше 50% поголовья скота содержится в фермерских крестьянских и личных подсобных хозяйствах. Но силос и сенаж практически не используется в рационе скота, со¬держащегося на частных подворьях, вследствие отсутствия апроби¬рованных конструкций малообъемных приусадебных хранилищ си¬лосованных кормов, несовершенства технологии приготовления их и отсутствия простых и надежных средств механизации.
2. Установлено, что низкое качество поверхностного слоя корма в силосохранилище обуславливается газо-, влаго- и теплопе- реносом, происходящем в сформированном массиве, вследствие ес-тественных перепадов атмосферного давления, воздействия ветра и солнечной радиации.
Расчетным путем определена динамика газообмена в слое ма- .* . териала, уплотняемого движителями тракторов. Обоснована необ-ходимость изыскания рациональных режимов и средств формиро- , вания массива силосуемых кормов в малообъемных хранилищах.
3. Установлено, что динамические напряжения сгд, возникаю¬щие в материале при его уплотнении механической трамбовкой ударного действия, возрастают с увеличением модуля упругости Е и плотности материала /?1(, высоты падения трамбующего башмака ho и, в меньшей степени, с увеличением площади его поперечного сечения S. Уменьшение динамических напряжений происходит с увеличением массы трамбующего башмака mg и толщины уплот¬няемого слоя hp.
Интенсивность воздействия ручной электротрамбовки на уп-лотняемый материал определяется радиусом кривошипа г, жестко-стью пружины с, массой корпуса тк, массой башмака то и частотой вынужденных колебаний со.
4. Серией трехфакторных экспериментов уплотнения травяной (влажностью W = 60%) и кукурузной (W = 70%) резки электрифи-цированной трамбовкой установлено, что наибольшее влияние на процесс формирования массива оказывает время уплотнения t, доля значимости которого, по сравнению с частотой нанесения ударов v и площадью трамбующего башмака S, составляет 57% (первая серия наблюдений). Установлено также, что определяющими являются толщина единичного уплотняемого слоя hp и число ударов по одно¬му следу пс, доли значимости которых составляют соответственно 41 и 30% (вторая серия наблюдений).
Получены уравнения регрессии, позволяющие рассчитывать плотность растительной резки в зависимости от названных факто¬ров.
5. Установлены рабочие параметры и режимы уплотнения ручной электрифицированной трамбовки ударного действия, обес-печивающие закладку в хранилище 1,6... 1,8 м3/ч травяной (0,9... 1,0 т/ч) и кукурузной (1,0... 1,2 т/ч) резки:
- площадь трамбующего башмака S = 0,08 м2;
- частота нанесения ударов v = 80 мин'1;
- число ударов по одному следу пс = 20;
- время уплотнения 1 м2 поверхности t — 180 с;
- толщина единичного уплотняемого слоя hp = 0,3 м.
6. Разработана и апробирована на практике программа автома-тизированного расчета многосекционного малообъемного приуса-дебного силосохранилища и расхода материалов на его сооружение с учетом поголовья скота, норм кормления, продолжительности стойлового периода, плотности закладки силосуемой массы, техно-логических потерь и других факторов (свидетельство об официаль¬ной регистрации № 2003610882).
7. Использование электрифицированной трамбовки ударного
действия позволяет уплотнять малые объемы резки кукурузы до
1 >) плотности 680...720 кг/м , травяной резки - 570...605 кг/м , что не
может быть достигнуто другими известными способами.
Производительность процесса возрастает в 1,7...2 раза при за-тратах живого труда — 39,45 МДж.
Себестоимость силоса заготовленного в секционном хранили¬ще с использованием ручной электротрамбовки составила 283,81 руб/т, сенажа - 2113,61 руб/т, при рентабельности соответ¬ственно 139,6 % и 51,4 %.