Классификация типажа машин для заготовки прессованного сена

КЛАССИФИКАЦИЯ ТИПАЖА МАШИН ДЛЯ ЗАГОТОВКИ ПРЕССОВАННОГО СЕНА

Технология заготовки грубых кормов с прессованием в тюки и рулоны позволяет снизить потери, уменьшить затраты на погрузку, перевозку и хранение, что требует от машиностроителей развивать производство таких машин и всемерно совершенствовать их конструкцию, повышая надежность, производительность, снижая энергетические и материальные ресурсы на единицу производимой продукции [1, 2, 3, 4, 5].

Промышленностью освоены два типа пресс-подборщиков: для прессования кормовых материалов в тюки прямоугольной формы и формирования рулонов в камерах постоянного и переменного объемов. Причем тюки формируют в малогабаритные упаковки массой 36 кг и укороченные, имеющие форму квадрата. Крупногабаритные тюки формируют массой по сену 500 кг. Рулоны формируют в камере постоянного объема массой 500 кг и переменного — массой 750 кг сена.

Заготовка сена и соломы в крупных прямоугольных тюках имеет неоспоримые преимущества:

• — большая производительность по сравнению с другими технологиями, в том числе с рулонной, высокая плотность прессования тюков, лучшее использование грузоподъемности транспортных средств и вместимости хранилищ;
• — снижение затрат времени на погрузочно-разгрузочные операции, а также расходов шпагата на обвязку тюков, уменьшение затрат труда.

Основным технико-технологическим параметром различных пресс-подборщиков является размер камеры прессования, позволяющий формировать тюки и рулоны различного объема, который влияет на изменение массы машины, потребной мощности на выполнение процесса прессования и производительности. Поэтому дальнейший анализ технических характеристик пресс-подборщиков проводится с целью определения зависимости массы, потребной мощности и производительности от объема камеры прессования, который принимается за основу классификации машин.

Масса пресс-подборщика изменяется от размера камеры прессования за счет конструктивных решений подборо-питающих и прессующих механизмов. Производительность изменяется не только от размеров камеры прессования, но и от массы валка, которая должна соответствовать 2−3 кг на погонный метр, плотности прессования, размера упаковки корма, прямолинейности и равномерности сена или соломы в валке, рабочей скорости машины, которая увеличивается при переходе от конструкции порционного прессующего механизма кривошипно-шатунного устройства при формировании тюков с непрерывной подачей материала в камеру прессования и получением рулонов. Потребляемая мощность зависит от размеров упаковок, плотности прессования и производительности пресс-подборщика.

Анализ источников

Исследованию подвергаются пресс-подборщики прежних лет поставки советских времен и освоенные промышленностью Республики Беларусь, а также изготавливаемые ведущими фирмами дальнего зарубежья [6, 7, 8]. Для анализа используются приведенные в источниках технические характеристики основных параметров машин (табл. 1, 2); объем рулона или тюка, потребляемая мощность, масса машины и производительность за час основного времени работы.

Таблица 1 — Техническая характеристика пресс-подборщиков с формированием прямоугольных тюков

Примечание: В колонке 6 для машин зарубежного производства производительность за час основного времени работы расчетная.

тюк рулон подборщик пресс.

Таблица 2 — Техническая характеристика рулонных пресс-подборщиков

Примечание: В колонке 6 для машин зарубежного производства производительность за час основного времени работы расчетная.

Методы исследований

Графо-аналитическим методом определялись эмпирические зависимости от объема тюка или рулона, масса машины, потребляемая мощность, производительность за час основного времени работы [9]. С интервалом 0,6 м³ для тюков и 0,8 м³ для рулонов установлены пять классов типажа пресс-подборщиков тюков и рулонов. По технико-технологическим параметрам пресс-подборщиков определены объемы работ, которые выполняют машины за агротехнический срок уборки с учетом природных и организационных условий хозяйств.

Основная часть

Для определения закономерности изменения технико-технологических параметров пресс-подборщиков тюков сена, формируемых в камере прессования, построены графики зависимости от объема тюка, массы машины (рис. 1а), потребной мощности (рис. 1б) и производительности за час основного времени работы (рис. 1в) и получены эмпирические формулы.

Рис. 1 — Зависимости от объема тюка: массы машины (а), потребной мощности (б) и производительности за час основного времени (в): -хмашины поставки Советских времен; -омашины, изготавливаемые фирмами дальнего зарубежья

Эмпирическая формула зависимости массы пресс-подборщика от объема тюков имеет вид:

(1).

где РТ — масса пресс-подборщика, формирующего прямоугольные тюки, кг; VТ — объем тюка, м3; аТ — эмпирический показатель, имеющий размерность кг/м3 и равный 4645; ВТ — эмпирический коэффициент, безразмерный и равный 0,36.

Эмпирическая формула зависимости потребной мощности от объема тюка имеет вид:

(2).

где NT — потребная мощность, кВт; - объем тюка, м3; mT — эмпирический показатель, имеющий размерность кВт/м3 и равный 60; nT — эмпирический коэффициент, безразмерный и равный 0,5.

Эмпирическая формула зависимости производительности за час основного времени работы имеет вид:

(3).

где WT — производительность за час основной работы, т; - объем тюка, м3; СТ — эмпирический показатель, имеющий размерность т/м3 и равный 22,5; Кт — эмпирический коэффициент, безразмерный и равный 0,38.

Для определения закономерностей изменения технико-технологических параметров пресс-подборщиков, формирующих в камере прессованные рулоны, построены графики зависимости от объема рулона массы машины (рис. 2а), потребной мощности (рис. 2б) и производительности за час основного времени работы (рис. 2в).

Рис. 2 — Зависимость от объема рулона: массы машины (а); потребной мощности (б), производительности за час основного времени работы (в) и (г) производительность пресс-подборщиков тюков (1) и рулонов (2) в га за час эксплуатационного времени: -х- - машины советских времен поставки и выпускаемые промышленностью Республики Беларусь; -о- - машины, выпускаемые фирмами дальнего зарубежья

Эмпирическая формула зависимости массы рулонного пресс-подборщика от объема рулона имеет вид:

(4).

где Рр — масса рулонного пресс-подборщика, кг;- объем рулона, м3;ар — эмпирический показатель, имеющий размерность кг/м3 и равный 1490; вр — эмпирический коэффициент, безразмерный и равный 0,46.

Эмпирическая формула зависимости потребной мощности от объема рулона имеет вид:

(5).

где Np — потребная мощность на прессование рулона, кВт; - объем рулона, м3; mp — эмпирический показатель, имеющий размерности кВт/м3 и равный 28; np — эмпирический коэффициент, безразмерный и равный 0,39.

Эмпирическая формула зависимости производительности за час основного времени от объема рулона имеет вид:

(6).

где Wp — производительность за час основного времени работы, т; - объем рулона, м3; ср — эмпирический показатель, имеющий размерность т/м3 и равный 10; кр — эмпирический коэффициент, безразмерный и равный 0,45.

Для определения размеров площади, которую может убрать пресс-подборщик тюков в агротехнический срок 15 календарных дней, принимаем допущение, что работа выполняется в самые неблагоприятные погодные условия, когда через два дня хорошей погоды на третий выпадают осадки. Машины за агросрок при восьмичасовой смене работают в загоне ежедневно в среднем по 5 часов.

Производительность за час эксплуатационного времени определяется умножением производительности за час основного времени для пресс-подборщиков тюков на коэффициент 0,5, учитывающий ограничения рабочей скорости из-за повышенной вибрации машины при перегрузках шатунно-кривошипного привода прессующего механизма, а также техническую готовность машины, регулировки, возможные ремонты, отдых, переезды, развороты и прочие остановки по техническим и организационным причинам.

Учитывая, что производительность пресс-подборщиков определяется в тоннах за час работы, то для определения уборочной площади в гектарах расчет проводим при биологической урожайности, равной 200 ц с гектара. С учетом 10% механических потерь и снижения влажности с 80% до влажности сена при уборке пресс-подборщиками 20% масса сена определяется по формуле:

(7).

где Рн — начальный вес скошенный травы с учетом 10% потерь, ц; Рк — конечный вес сена затюкованного, ц; Wн и Wк — относительная влажность, начальная и конечная, %.

Тогда урожайность убираемого сена составит 45 ц/га. С учетом приведенных выше допущений и предположений выполнен перерасчет производительности пресс-подборщика, выраженной в га за час эксплуатационного времени работы, и графо-аналитическим методом определена эмпирическая зависимость технологического параметра производительности пресс-подборщика от объема прессуемого тюка.

Графическая зависимость приведена на рисунке 2 г (1):

(8).

где Fт — производительность пресс-подборщика за час эксплуатационного времени работы, га; - объем тюка, м3; dт — эмпирический показатель, имеющий размерность га/м3 и равный 2,4; fт — эмпирический коэффициент, безразмерный и равный 0,43.

Систематизация типажа пресс-подборщиков с формированием прямоугольных тюков проведена по технологическому параметру объема тюка с интервалом между классами 0,6 м³. К первому классу относятся пресс-подборщики с формированием прямоугольного тюка от 0,1 до 0,7 м³. Ко второму — пресс-подборщики, формирующие тюк объемом от 0,8 до 1,4 м³. Третий — тюки объемом 1,5₂, 1, четвертый — 2,2₂, 8 и пятый класс — 2,9₃, 5 м³.

Таблица 3 — Зависимость уборочной площади от объема тюка и классификации пресс-подборщиков.

В табл. 3 приведены расчеты размеров уборочной площади пресс-подборщиком при формировании прямоугольных тюков за агросрок с учетом природно-хозяйственных условий в зависимости от объема тюка и класса машины.

Для определения площади уборки рулонными пресс-подборщиками за период агротехнического срока при расчетах используются допущения, принятые при расчетах уборочной площади пресс-подборщиков тюков: неблагоприятные погодные условия, что обеспечивает работу машин в загоне не более 5 часов за 15 дней агросрока уборки. При определении производительности за час эксплуатационного времени производительность за час основного времени умножается на коэффициент 0,7, так как у рулонных пресс-подборщиков используется повышенная рабочая скорость из-за отсутствия шатунно-кривошипного привода прессующего механизма. Производительность за час эксплуатационного времени определяется в гектарах, используется урожайность сена 45 ц/га. Графическая зависимость от объема рулона приведена на рисунке 2 г (2).

Графо-аналитическим методом определена эмпирическая зависимость производительности за час эксплуатационного времени рулонного пресс-подборщика от объема рулона:

(8).

где Fр — производительность рулонного пресс-подборщика за час эксплуатационного времени, га; - объем рулона, м3; dр — эмпирический показатель, имеющий размерность га/м3 и равный 1,7; FР — эмпирический коэффициент, безразмерный и равный 0,41.

Аналогично предыдущему пресс-подборщику типаж рулонных пресс-подборщиков распределяется на пять классов по технологическому параметру объема рулона с интервалом 0,8 м³.

К первому классу относятся пресс-подборщики, формирующие рулоны объемом от 0,2 до 1,0 м³. Ко второму — с объемом рулона 1,1−1,9, к третьему — 2,0−2,8, к четвертому — 2,9−3,7 и пятому — 3,8−4,6 м³.

В табл. 4 приведены расчеты размеров площади, убираемой рулонным пресс-подборщиком за агросрок с учетом природно-хозяйственных условий в зависимости от объема рулона и класса машин.

Таблица 4 — Зависимость уборочной площади от объема рулона и классификации пресс-подборщиков.

Результаты исследований технико-технологических параметров пресс-подборщиков с формированием тюков и рулонов предназначены для использования их при проектировании новых машин подобного назначения и для практического использования при определении необходимого количества машин для конкретных условий хозяйств.

Заключение

• 1. Грубые корма в виде сена и соломы заготавливают в рассыпном и прессованном виде. Для заготовки грубых кормов в прессованном виде применяют пресс-подборщики с формированием тюков или рулонов. Прессование позволяет снизить потери при заготовке корма, уменьшить затраты на транспортировку корма и его хранение.
• 2. В результате анализа технических характеристик пресс-подборщиков, поставляемых в хозяйства в советские времена, освоенных промышленностью Республики Беларусь и ведущими фирмами дальнего зарубежья, установлено, что технико-технологические параметры пресс-подборщиков, такие как масса машины, потребная мощность и производительность за час основного времени, зависят от объема упаковки и являются основными показателями для технико-экономического расчета эффективности машин, проектирования новых машин подобного типа и определения потребности в машинах для условий конкретных хозяйств.
• 3. Определены графо-аналитическим методом в зависимости от объема упаковки массы машины (рис. 1а и формула 1) для тюков, (рис. 2а и формула 4) для рулонов; потребной мощности (рис. 1б и формула 2) для тюков, (рис. 2б и формула 5) для рулонов; производительности за час основного времени работы (рис. 1 В и формула 3) для тюков, (рис. 2 В и формула 6) для рулонов.
• 4. Проведена классификация типажа пресс-подборщиков по объему упаковки. Типажи пресс-подборщиков подразделяются на пять классов: от 0,1 до 3,5 м³ для тюков с интервалом через 0,6 м³ и от 0,2 до 4,6 м³ для рулонов с интервалом 0,8 м³.
• 5. Определена эксплуатационная производительность пресс-подборщиков с учетом природно-хозяйственных и организационных условий и рассчитаны размеры площадей, убираемых пресс-подборщиками каждого класса.
• 6. Результаты исследований предназначены для технико-экономических обоснований при проектировании новых машин и определения количества выпускаемых промышленностью машин для конкретных условий хозяйств Республики Беларусь.

• 1. Зафрен, С. Я. Технология приготовления кормов: справочное пособие / С. Я. Зафрен. — М. Колос, 1977. — 240 с.
• 2. Заготовка прессованного сена по усовершенствованной технологии: рекомендации / А. А. Гнояник[и др.]. — Минск. Ураджай, 1975. — 32 с.
• 3. Шпилько, А. В. Техника для заготовки грубых кормов в крупногабаритных тюках / А. В. Шпилько // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 1997. — № 8. — С. 14−16.
• 4. Анализ и оценка энергозатрат современных машин для заготовки прессованного сена / С. В. Крылов [и др.] // Механизация и электрификация сельского хозяйства: Межвед. тематич. сб. в 2 т. / РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства». — Минск, 2010. — Вып. 44. — Т 2. — С. 3−10.
• 5. Шпилько, А. В. Производительность крупногабаритных пресс-подборщиков / А. В. Шпилько // Тракторы и сельхозмашины. — 1997. — № 8. С. 29−30.
• 6. Короткевич, А. В. технологии и машины для заготовки кормов из трав и силосных культур / А. В. Короткевич.- Минск, Ураджай. 1990. — 383с.
• 7. Клочков, А. В. Заготовка кормов зарубежными машинами / А. В. Клочков, В. А. Попов, А. В. Адась. — Горки, 2001. — 201 с.
• 8. Сельскохозяйственные машины, выпускаемые в Республики Беларусь. Каталог. — Минск, 2002. — 88 с.
• 9. Бронштейн, Н. Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗОВ / Н. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев; под ред. Г. Гроща и В. Циглера. — Лейацич — М., 1981. — 718 с.