автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Механико-технологические основы процессов и технических средств производства силоса в горизонтальных хранилищах

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО - ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

(БНИПТИМЭСХ)

<Х '

На правах рукописи

N

СЕМЕНИХИН АЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ

МЕХАНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ II ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПРОИЗВОДСТВА СИЛОСА В ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ХРАНИЛИЩАХ

Специальность 05.20.01 - Механюация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Зерноград 1993

Работа выполнена в Азово-1Чрноморско:й государственной агро-ннженерной академии (АЧГАА).

Официальные оппоненты; - доктор технических наук, профессор

КОВАЛЕНКО В.П.

- доктор технических наук, с.н.с. БУРЬЯНОВ А.И.

- доктор технических наук, профессор ФОМИН вл.

Ведущая организация - Всероссийский шучпо-исследоватсльский

институт механизации животноводства (ВНИИМЖ) г .Подольск-

Защита диссертации состоится 1998г.

-в /0 часов на заседании специализированного совета Д.020.036.01 пр Всероссийском научно-исследовательском и проектно-технологическом институте механизации и электрификации сельского хозяйства по адресу:

347720 г. Зерна град Ростовской области, ул. Ленина, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИПТИМЭСХ.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, старший научный сотрудник ( Хлыстунов В.Ф.

Общаг, характеристика работы

Актуальность работы. Одной из ведущих отраслей агропромышленного комплекса государств с" развитой экономикой является молочное и мясное скотоводство, и проблема производства качественных обьрмистых кормов - сена, сенажа и силоса - приобретает важное народнохозяйственное значенне. Анализ машинного обеспечения процессов производства силоса и се..а;тса в горизонтальных силосохранилищах (ГСХ) показал, что уровень неизбежных и устранимых потерь закладываемого на хранение растительного сырья в производственных условиях чзсто превышает 50% и зависит от соответствия технических средств и выполняемых ими процессов биохимическим требованиям технологии естественного консервирования.

В практике мирового и отечественного сельскохозяйственного маши-ностооення отсутствуют технические средства пооперационной механизации производства силоса в ГСХ.

Большой теоретический и экспериментальный материал, накопленный отечественной и зарубежной агроинженеркой наукой, не представляется возможным эффективно использовать для создания адаптированных к биохимии силоса процессов технических средств и рабочих органов, так как исследователи не рассматривали проблем)' на биотехническом уровне, не оценивали динамику и длительные последствия технических решений в производственных условиях. В связи с этим возникает научно-техническая проблема: разработать на современном этапе основные принципы теории формирования кормовых, монолитов, их уплотнения и отделения готового Корма и на их основе создать процессы, технические средства н рабочие органы, позволяющие -максимально реализовать сберегающие возможности силосования в производственных условиях.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с основными научными направлениями и тематическими планами научно-исследовательских работ Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии 196S-1998rr. № ГР 01S80051459 (1989-1990гг.), № ГР 01970001342, конкурсными программами МСХиП РФ №225-2-4М, №129-2-ЗМ (1990-1995it.); Государственными научно-техническими программами "Высокоэффективные процессы производства продовольствия" по направлению "Комплекс -2000", "УЭС-Полесье-250".

Цель исследования заключается в обоснования, разработке и реализации в производственных" условиях новых процессов и технических средств технологии естественного консервировать.

Объекты исследования - силосные монолиты, процессы формирования и уплотнения, отделенье готового корма, рабочие органы, макетные,

опытные и серийные образцы разрабатываемых машин, технические средства обшего назначения.' ■

Методы исследований включали аналитическое описание процессов; анализ размерностей; моделирование в сочетания с математическим планированием экспериментов, получением уравнений регрессии для решения оптимизационных и компромиссных задач; оценку достоверности н адекватности результатов.

Экспериментальные исследования и производственные испытания разрабатываемых рабочих органов, машин и процессов выполнены с использованием тешо- и динамометрирования, скоростной киносъемки, хронометража, стандартных и оригинальных методик и приборов.

Научная новизна исследований состоит в теоретическом обосновании, разработке и реализации процессов производства силоса в ГСХ и выгрузки готового корм? 8 соответствии с биологическими особенностями технологи», создании технических средств для их реализации, методов доконетруктивной оценки технических решений, алгоритмов поиска перспективных вариантов, функционирования в системах АСУ ТП, математических. моделей взаимодействия рабочих органов с технологической средой, адаптации их к упру го-вязким свойствам (У ВС), включая технические средства обшего назначения. Новые технические и технологические решения защищены 15 авторскими свидетельствами.

Практическая ценность. Результаты диссертационной работы могут быть' использованы непосредственно в хозяйствах для расчета и комплектования агрегатов на базе тракторов общего назначения; в научно-исследовательских институтах и конструкторских бюро при разработке перспективных производственных процессов, рабочих органов и технических средств производства силоса в ГСХ, включая их предварительную оценку на различных стадиях создания с учетом биохимической природы процессов консервирования и готовых монолитов; в учебном процессе при проектировании поточных линий кормоенабжения животноводческих объектов; выборе схем агрегатирования, навески и переноса рабочих органов; построении и расчетах измельчителей без противорежущей части, транспортных коммуникаций с учетом коэффициентов вспучивания и УВС монолитов в специальных курсах при подготовке специалистов агро-инженерного профиля.

Реализация результатов исследования. Основные результаты исследований в виде научных отчетов переданы в Минсельхозпрод России, использованы при разработке: совместно с ВНИПТИМЭСХ и ВНИИЖив-маш опьггных образцов погрузчика ПСЭ-20; совместно с ЦНИПТИМЭЖ, ВНИИЖквмаш и СЗ. НгММЭСХ стационарного электрифицированного погрузчика ПСТ-30 для Заглубленных ГСХ, включенного в "Систему ма-

шин...", часть Б (1981-1990гг.); совместно с ВНИИЖивмаш, ВНИИКОМЖ, ВИМ и ВИЭСХ, ГСКБ по погрузчикам и заводом "Орелживмагп" погрузчика ПСС-5,5, прошедшего государственные испытания и поставленного . на серийное производство из заводе "САРСельмаш" по плану НИР и ОКР "Мииживмзша" и включенного в "Систему машин ...", часть И, Ж1.2.05 (1986-1995гг.);Государственной научно-технической программы "Высокоэффективные процессы производства продовольствия" по направлению "Комплекс -2000"; совместно с ВИМ и ВНИИЖивмаш погрузчика УГОС-60 к универсальному энергетическому средству "Полесье-250". Технические решения включены п конкурсные проекты ГИЛРОНИСЕЛЪХОЗА;

Отдельные результаты работы и предложенные в ходе се^ыпоянення методологические, георешческие л практические положения и рекомендации вошли в 2 межвузовских учебных пособия, изданных Луганским СХИ, широко используются в научно-исследовательской работе и учебном процессе на кафедрах агроинженерного профиля, включая экспериментальное установки, стенды и приборы, экспериментальные образцы машин и рабочих органов.

Апробации. Результаты исследований докладывались регулярно на научно-технических конференциях АЧГАА (1967-1998гг.), периодически Ставропольской ГСХА, Волгоградской ГСХА, Луганского СХИ, ДГТУ, ДГАУ (1971-1987гг.), на научно-технических совещаниях и советах ЦНИПТИМЭЖ (г.Запорожье, 1978г.), НШГШЖ (г.Минск, 1980г.), ГЭКИ (г.Вильюос, 1984г.), ГСКБ по погрузчикам (г.Орел, 1983-8-1 гг.). нз Всесоюзном координационном совещании (г.Киев, 1980г.), ГШТРОНИСЕЛЪ-ХОЗ (г.Москва, 1996г.). ГОСНИТИ (1996?.). ВНИИЖивмаш (г.Киев, 1971, 1974,1976, 1992гг.), ВНИПТИМЭСХ (г.Зерноград, 1967-1998гт.).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 73 печатных работах, в т.ч. в двух учебных пособиях и 15 авторских свидетельствах. Общий объем публикаций составил 37 печатных листов, в том числе лично автора-25 печатных листов.

Структура и оогеп работы. Диссертация состоит из введения и восьми глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 390 стр. машинописного текста, содержит 51 таблиц)' и 129 иллюстраций, в т.ч. 24 таблицы н 26 иллюстраций приложения. Список литературы включает 325 наименований, в том числе 9 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во сведении даны краткая характеристика рассматриваемой пробле--мы, ее актуальность, сформулированы цель и задачи исследования и основные положения, выносимые ¡ча защиту.

о

В первой главе "Постановка проблемы, цель и задачи исследования" раскрыта роль силоса и сенажа в кормлении КРС на обширной территории Россия, в результате анализа и группировки 1371 публикации по кормопроизводству установлен приоритет технологии естественного консервирования с высокой частотой (свыше 60 процентов) обсуждения техники силосования. Этот вывод подтверждается краткой исторической справкой и изложением сущности силосования, исход которого а решающей степени зависит от приемов заполнения хранилищ, уплотнения заложенной зеленой массы, определяющих время наступления анаэробных условий - основной гарантии нормального протекания процессов окисления. Важность точного выполнения этих операций подтверждена в исследованиях Руш-мана (1931), Гнейста (1944), Гордона (1958), Виринга (1959), В.А.Бошарева (1966\ Н.В.Колесникова. Г.Х.Текеповой (1968) и др., которые, к сожалению, не дак>т однозначной оценки степени измельчения.

■ В последние 25-30 лет исследования процессоа механизации производства силоса в 78 случаях из 100 связываются с необходимостью создания поточных линий. Потребность в их выполнении подтверждается практикой зарубежных фирм и отечественных разработок, так как имеющиеся научные результаты не позволяют-приступить к их реализации ни современном уровне - на базе ГСХ.

Обзор исследований по механизации процессов производства силоса в ГСХ показал, что современная наука располагает значительными возможностями в решении частных задач техники силосования. Слабым звеном в техническом обеспечении технологии силосования является заполнение хранилищ. Известны работы И.Я.Автомонова, В.Г.Коба,

A.И.Бурьянова, В.Е.Парасоцкого, Е.И.Резннка. Однако авторы рассматривают и решают чисто механичесьую задачу - заполнение геометрического объема, вопросы структуры монолитов, плотностй, быстрейшего достижения анаэробных условий не рассматриваются и не контролируются.

Значительно больше работ посвящено уплотнению сено-соломистых материалов и силоса. Особенно глубоко эти процессы изучены применительно к технологии прессования В.П.Горячкиным, Е.М.Гугьяром, М.А.Пусг'ыгиным, С.А.Алферовым, Е.И.Храпачем; применительно к процессу брикетирования - Г.В.Рыбниковым, .ЕЛ.Шпекторовым (В1-1М), Н.С'.Рыбиным, Д.Н.Головко (ВИЛАР), И.П.Безручкиным, А.И.Нелюбовым (ВИСХОМ), позднее С.В.Мельниковым, Г.Я.Фарбманом, А.Г.Мюллером,

B.И.Особовым, И.А.Долговым, Г.К.Васильевым, А.В.Голяновским и др.,

влажного фракционирования, в работах, выполненных под руководством

А.А.Зубрилина, СЛ.Зафрена (Россия), К.Эрике, Я.Хохло, Л.Коха i

(Венгрия), Н.Пири (Аягпия), Д.Колера (США) и особенно позднее в работах В.И.Фомина, Ю.Ф.Новнкова, З.Е.Заушицина, Г.М.Кукты и др.

В этих работах деформируемое тело рассматривается в ограниченном технологическом пространстве плунжерных, винтовых, матричных и других рабочих органов, где нагружению подвергаются не отдельные частицы и их макрообразования - монолиты, а клетки растения, сокодержащие структуры. И, хотя полученные аналитические зависимости позволяют определить границы прочности клеток зеленых растений и дают точное представление о закономерностях деформации многофазной УВС (Фомин В.И.), они не могут быть использованы для описания процессов уплотне-.шя кормовых монолитов (совокупностей частиц стеблей и листьев растений) и особенно в области низких давлений (0,02...0,05МПа) подвижными нагрузками. Отсутствуют исследования по энергетике процесса уплотнения, характеру деформаций повепхностного стоя и самого монолита, контролю его параметров в процессе формированы. •

Работы, посвященные исследованию процесса отделения готового кочча от монолитов, выполнены на основе фундаментальнач положений земледельческой механики, сформулированных академиками В.П.Горячкиным, В.А.Желиговским, развитых в работах Н.В.Сабликова, М.Н.Летошнева, Е.М.Гутьяра, позднее C.B. Мельникова, В.А.Зуева, Ю.Ф.Новикова, А.А.О.мельченко, С-А.Алферова, Е,И.Храпача, В.И.Фомина, Г.М. Кукты.

Отдельные рабочие органы для различных кормов исследованы Н.П.Воласевичем, В.Д.Ткачем, А. M. Kv тл е м ô его в ы м, В.П.Ивановым, Г.И.Ермохиным, А.Н.Крзмаренко, НЛ.Алексенко, В.Д.Т имониным, Л.И.Хворостяновым, Л.А.Воронковым, М.М.Магомедовым. В последние годы исследователи безраздельно отдают предпочтение рабочим органом непрерывного действия, выполняющим отделение и, при необходимости, заданное зоотребованиями дополнительное измельчение. Погрузчики с рабочими органами непрерывного действия рассматриваются как начальные звенья поточных линий: В.М.Ишатов, И.К.Текучев, И.Г.Качарава, А.Г.Залыгии, И.Блажек (РЧ), ПЛитер (США).

Авторами исследований получены зависимости, позволяющие рассчитать некоторые параметры рабочих органов.

Во всех работах, следуя методологии земледельческой механики, большое внимание уделяется физико-механическим свойствам исходного сырья и готового корма. Е.А.Болотин, М.К.Еременко, К.Г.Жордан, И.Я.Автомонов, Н.М.Лукашевич, П.Т.Колесшжоп. Однако эти работы выполнены, в основном, п лабораторных условиях и носят констатирующий характер. Попытки экстраполяции параметров, адаптации к биохимии

технологии отсутствуют не учитываются деформация н УВС монолитов в технологических зонах. .

Решение поставленной проблемы на базе твгстных работ не представляется возможным, так как в них отсутствует единый подход к созданию производственных процессов и технических средств, обеспечивающих оптимальное протекание микробиологических процессов при заполнении, хранении и потреблении корма, позволяющих в полной мере реализовать сберегающие возможности естественного консервирования. Кормовые монолиты рассматриваются как неизбежное, единственно возможное последствие совокупности воздействий на'исходный продукт. Механизм формирований, природа прочности, их структура не подвергаются анализу, что затрудняет.постановку задачи получения монолитов с заданными свойствами. Отсутствуют попытки предварительной оценки технических решений и рабочих органов, разработки современных методов прогнозирования э»'сллуатяшюнно-технологических параметров. В связч с вышеизложенным в качестве нэучной гипотезы принимаем, что повышение сберегающей способности технологии естественного консервирования за счет снижения неизбежных и устранимых потерь урожая силосных культур, повышения качества готового корма достигается путем учета взаимного влияния основных, выполняемых последовательно производственных процессов (заполнения хранилищ, уплотнения в режимах, соответствующих требованиям технологии и отделения готового корма от монолитов), их. адекватности биохимическим стадиям.

В соответствии с основной целью работы для решения рассматриваемой проблемы были поставлены следующие основные задачи: с учетом многолетней практики силосования кормов изучить свойства исходного сырья и готового корма.установить связь неизбежных и устранимых потерь с дефектами технологии, предложить способы формирования, уплотнения и отделения массы в соответствии с ее биологическими особенностями, установить их механические, технологические и энергетические параметры; дать аналитическое описание структуры и механики упорядочения, уплотнения и разрушения монолитов различного технологического происхождения, обосновать, разработать и реализовать в производственных условиях технические средства и рабочие органы, адаптированные к биологической природе технологии; разработать и обосновать систему эксплуатационно-технологических показателей предварительной оценки технических решений, алгоритмы прогнозирования перспективных вариантов; разработать макетные образцы технических средств, комплексов и рабочих органов, методики расчета основных параметров, алгоритмы их функционирования в реальных условиях, включая работу в автоматиче-

ском режиме; провести произродствеиную проверку, обосновать экономическую целесообразность инвестиций в решение проблемы.

Во второй, главе "Физико-мсханичаские свойства" программой исследования предусматривалось-опреяелеяие прочностных и фрикционных характеристик, коэффициентов бокового давления, релаксации напряжений, мгновенного и длительного модулей упругости традиционных монолитов, их зависимостей от фракционного состава, ориентации частиц как в технологическом процессе, так и за ним.

Для получения достоверной информации применялись методики агрофизической лаборатории ВИСХОМ, методики ВИМ, ЛСХИ, РИСХМ, ВНИИЖивмаш, УНИИМЭСХ, СЗ НИИМЭСХ, ВНИПТИМЭСХ, а также ряд частных методик, реализованных с учетом опыта НИИ с дополнениями.

Фракционный состав, плотность, влажность, коэффициенты трения измерялись регулярно при формировании упорядоченных монолитов и периодически при традиционном заполнении хранилищ. Установлено, что в широком диапазоне давлений (р) и скоростей (у) коэффициенты трения | г р ^) подчиняются зависимости:

ГРу=В0 + В1 У"В2 Р • О)

Значения коэффициентов в зависимости от вида и ботанического состава корма находятся в диапазонах: =(0,431.. .0,241); бр(0,073..Д039);

В-, =(0,063...0,028). При постоянной скорости в области р >0,4 МП а более

точные результаты для силоса и сенажа дает показательная функция: /р = *0ехр(-Ар). (2)

Исследования, проведенные ранее в лабораторных условиях, показали, что прочность монолитов зависит от плотности и длины частиц, их образующих. При нагружении монолитов вертикальными, перпендикулярными плоскости слоев нагрузками, отделителями серийных погрузчиков (ПСК-5; ПСС-5,5; ФН-1,2) в полевых условиях нами получена зависимость плотьости р в диапазоне от 0 до 40 кПа:

р=рз+а,рЬ<, (3)

где р0- исходная плотность, кг/м3; р - распределенная нагрузка, кПа;

Ъ, - опытные коэффициенты. Для зеленой массы кукурузы я,= 81,б...87,4; 0,46....0,51; для силоса кукурузного а~47,9..¿0,4; ¿,= 0,31....0,54 для сенажа злакобобового а= 71,5...79,5; 0,39....0,44.

Нагружение монолитов горизонтальной в плоскости слоев нагрузкой приводит к значительному разрыхлению у поверхности и кг глубине до 140-180мм. Поверхность, на которой частицы связаны с монолитом только силами трения, названа нами "свободной".

Установлена значительная разница сопротивления резанию (удельной работы) при закрытом и свободном резании в полевых условиях, которая возрастает с увеличением угла резания, что позволило уточнить их расчетные значения в широком диапазоне плотностей. Результаты обработки диаграмм разрыва и сдвига образцов позволили подтвердить и уточнить закон Амактона-Кулона-Дерягина для дисперсных анизотропных сред: г=4(с+сг), (4)

где г- сопротивление сдвиг}', Па; f(- коэффициент внутреннего трения; с и с - коэффициент сцепления и нормальное напряжение, Па

Для сопротивления разрыву методом интерполяции в широком диапазоне длин частиц / и плотностей р получено

ir

Op = Ар+ Bip + С, (5)

где А = (ОД50—0,135);J? = (800...880);С = -(90...105)- для силоса; Л = (0,065...0,090);В = (710„750j,C = -(33..J5) - для сенажа.

Зависимость (4) позволяет определить коэффициент сцепления, а (5) -величины / и р, при которых монолиты не обладают прочностью при

традиционном способе формирования.

После отделения корма от монолита в диапазоне для резки 20...80мм и влажности 45...80% увеличение объема (вспучивание) происходит у силоса до 2,8, у сенажа - 3,7 раза.

На протяжении ряда лет исследование уплотнения силоса и сенажа различными трамбовщиками проводилось в типовых наземных транше-ях(ТП 829-И) различней емкости с целью установления количественных показателей на различных культурах, толщинах слоев; выявления механизмов компрессионного насыщения и упорядочения частиц, характера горизонтальных деформаций и их связи с вертикальными; построения диаграмм деформирования слоя зеленой массы в полевых условиях, определения УВС. На рис.1 представлены графики зависимости вертикальных Sg и горизонтальных 5g деформаций монолита в окрестностях следа

трамбовщика и совмещенные с ними диаграммы деформации после остановки трамбовщиков (<7 = vtHC = const).

Обработка диаграмм наездэв и остановок трамбовщиков позволила определить величины мгновенного Н, длительного Е модулей упругости различных монолитов и вязкость к.в широком технологическом диапазоне

для силоса и сенажа при толщине трамбуемого слоя от I до 3 и более метров:

для силоса- Н-251..96,0кПа;Е = П0....9&,0кПа; кд =\50..30кПа -с\ для сенажа-Я = 253...74,4«ci7a;£ = i 29....31,4 кЛа; к =116..56к1Та -с;

трамбовщика; Я,С; и ВС - участки ползучести: Б и С; - точки разрыва монолита (Зн - $так)Хо - время наезда сг=*Л.

Причем подвижным нагружегшям соответствуют большие значения, неподвижным - меньшне. Чем больше времени проходит после выхода монолита на полную высоту, тем слабее проявляются У ВС.

Установлено, что существует точка для толщин слоя от 2м, в которой сгг = 0, а также некоторая толщина поверхностного слоя монолитов, в пределах которой сопротивление перемещению частиц прямо пропорционально высоте штифтов, после чего оно возрастает. Эта граница названа нами свободной поверхностью.

Для практических расчетов усилий Р на штифтах в границах свободной поверхности получена зависимость:

где высота штифта (глубина хода), м; / - средняя длина частиц, образующих монолит, м; аг~ 1250...610;/>г= 1060...430; с=42...21 - коэффициенты, зависящие от ботанического и фракционного состава силоса.

Практически из ГСХ корм может быть выгружен сгребанием. Однако применение такого способа связано со значительным увеличением открытой поверхности,окислением понижением качества корма.

При уточнении методики оценки процесса уплотнения возникла необходимость текущего контроля режимно-технологических параметров формируемых монолитов: пористости, транспортной рТ!, и технологической рт плотностей, коэффициента пористости, что позволило достаточно точно определить время готовности монолита к консервированию. Анализ получаемых параметров позволил выдвинуть предположение о повышенном распределительном (упорядочивающем) эффекте колесных движителей и предложить количественную оценку опорных поверхностей в виде произведения числа опорных .элементов на число колейных и межмостовых просветов.

Процесс уплотнения идет еще более.интенсивно при укрытии активной зоны а ночь мезкду сменами полиэтиленовой пленкой. Отмечено также в этом случае и снижение температуры монолита по глубине до 600...800мм.

Третья гласа "Предварительная оценка технических средств производства силоса в ГСХ " посвящена предварительной оценке технических средств производства силоса в ГСХ с позиций максимальной адаптации к биологическим требованиям естественного консервирования. В качестве параметров соответствии приняты: время дос.-ижения анаэробных условий, отсутствие механизма компрессионного насыщения, минимальная скорость и путь рабочих органов при равной производительности, минимальная открытая поверхность при разгрузке, соответствие отделителей зортребованиям.

Мобильные распределители-трамбовщики, на основе анализа эпюр нормальных давлений, предложена оценивать технологической характеристикой И, равной произведению числа опорных элементов к1 на число активных просветов и.

. Я«*, и (7)

Гусеничный движитель имеет два опорных элемента и один колейный просвет, колесный движчггель - четыре опорных элемента и два просвета -иолейныГ» и межмосшвсй. Такой подход позволил составить схему синтеза опорно-распределительных г- верхностей на базе гусеничного и колес-

но го движителей (рис.2). Полупрямыми обозначены просветы, прямоугольниками - опорные элементы.

На стадии предварительной оценки экспериментально получен результат для исходных вариантов (Т-150 и Т-150К) и первых шагов (в и г, рис.2).

1

□

□

□

□

□ ю

□

□

□

о

□ □ □

а

о о

□ '□т

Рис.2. Схема синтеза опорно-распределительных поверхностей: а-гусеничаый движитель; 6 - колесный деихситсль; в-з - шаги синтеза

При добавлении катка подбиралась длина сницы, позволяющая получить максимальную высоту гребня, срав!шмую с колейной. Анализ экспериментальных данных (рис.3) подтверждает .предположение о связи интенсивности уплотнеии? (Л, мм) со структурой опорной поверхности - при. равной массе ацетатов £олее высокий гребень в межколейном и межмостовом просветах указывает на I генсивное упорядочение частичек колесным движителем.

Полученные результаты позволили сформулировать основные положения механизма упорядочения, обосновать его схему и дать аналитическое описание.

К предварительной оценке схем переноса рабочих органов укладчиков и разгрузчиков были предъявлены следующие требования: надежное перемещение рабочих органов относительно хранилища и технология©-' ской зоны; ориентирование и перенос рабочих органов с минимальным числом перестановок по кратчайшему пути и с минимальной скоростью; поточная загрузка и разгрузка в соответствии с биологическим! ссобенгсо-

стями технологии, возможность работать в автоматизированном режиме с подачей корма в транспортные средства или поточные технологические линии кормоснабжения.

Ь, мм

0,10

0,05

Рис.З. Экспериментальная оценка параметров мобильных трамбовщиков-распределителей: ¡-4- интегральные графики уплотнения монолита; 5-6- высота гребня е исходном варианте Минимальная величина открытой поверхности при заполнении ограничена фрикционными свойствами зеленой массы, максимальная ее величина - это площадь хранилища. При разгрузке минимальная открытая поверхность - это вертикальный срез. Дальнейшая разработка может вестись вертикальным шпинделем (рис.4а), позиционным отделителем на мачтовой или маятниковой подвеске (рис.4б), горизонтальным шпинделем (рис.4в), наконец, позиционным отделителем на ширину, большую чем захват отделителя (рис.4г).

Удельная открытая поверхность первых трех схем равна:

с - 1 . ■» -(Дип + д). <■ 1 . 5 . ь°

Л =:--1- -* ¿5 - = — ---(--

" к 0 вк К в н„ в

1 т :-+ -

<8)

*ср "" "ер

где Я^, В - высота и ширина монолита в траншее; «- радиус и угол фрезерования вертикального шпинделя; ЬСгк0- размеры отделителей в пла-

"С.

Положив До = Ь,Д< \ и считая величину 051^ Нср достаточно малой, получим:

$,,„ < ¿'л/, <

т

что и определяет выбор варианта, наиболее полно отвечающего ограничению по открытой поверхности.

В качестве эксплуатационного параметра при оценке схем переноса отделителей принято отношение пройденного ими пути к объему отделенного монолита. Для первых трех схем из условия равной производительности имеем:

= = (10) 2й ас

где ф- толщина слоя, срезаемого отделителем по схеме в (рис.4).

С помошью макетного комплекса по плану Минжнвмаш (1983г.) были проведены конкурсные испытания отделителей конструкции ВНИИ-Живмаш, ВНИПТИМЭСХ - АЧГАА, ЦНИПТИМЭЖ, СЗ НИИМЭСХ

Результаты испытаний подтвердили правомерность предложенных критериев оценки отделителей и схем переноса.

в

у-ссля

ь 1

3.

Рис.4. Схемы плотной разгрузки ГСХ отделителями непрерывного действия

Исследования работы отделителей показали, что основные затраты энергии связаны о образованием новых поверхностей, пересекающих слои монолита. Эта предпосылка и была положена а основу их предварительной оценки. Известные конструкции отделителей были приведены к трем основным формам (рис.5), связанным единой морфологической основой: каждая последующая - суть вырождение предыдущей.

Дня энергетической оценки отделителей принято отношение проекций активной поверхности на плоскость, перпендикулярную слоям, к проекции кз плоскость слоев (см.рис.5).

= (11)

dka I dip - отрицательная величина. убывает с увеличением <р. Увеличение cp>zi 2 приводит к вырождению цилиндра "а" в контур "б".

Для

к__1 iKfiv

имеем дробно-рациональные зависимости, указывающие на пути снижения энергоемкости. Изменение v позволяет получить значения ко от 0 до оо, что подтверждает универсальность предложенного критерия.

Здесь - радиусы элементов конструкции; <p,v,fi- угловые параметры, Ьд~ ширина отделителей, L - длина дуги, соответствующая ¡3.

Рис.5. Основные геометрические формы отделителей: а - цилиндрические; б - контурные; в - дисковые Оптимальная величина поверхности отделения связана с формой круга, т.е. рабочая поверхность контура вырождается в диск (рис.5в), имеющий к, >кб, что очевидно.

Зависимости (11,12) включают геометрические параметры отделителей и могут быть составлены для любой, включая эвристические, формы до ее конструкторской проработки.

Комплексный критерий сравнения кф принят как отношение поверхности, образующейся в единицу времени, к объемной производительности:

Rw 2

ьфУ ье

i

R0+hc

R»w 2 . w 2 ....

--2-+ -, k^ =--i-—.(13)

(R0+hc)V Ъ0 ** fOV R„

Составленные таким образом зависимости позволяю принять обоснованные решения по совершенствованию отделителей. Так, очевидно, что увеличение IV приводит к увеличению энергоемкости, увеличение йс, Ь и V при постоянных У? и IV позволяет рассчитывать на значительное снижение энергоемкости.

Практическую полезность предложенных зависимостей подтверждают расчеты, выполненные для известных отделителей серийных и опытных погрузчиков (табл.1).

Таблица I

Наименование или марка погрузчика Паспортная производительность, т/ч Мощность привода, кВт Показатели сравнения

V к,- к*

ПСК-5 15,0 28,0 1,36 1,48 4700

ФН-1,2 6,0 33,0 5,5 1,50 6000

ПСС-5,5 40,0 13,0 , 0,45 0,13 36

ГТСЭ-20 20,0 6,7 0,33 0.09 S2

ГССТ-30 30,0 11,0 0,37 0,07 79

Плоский дисковый 20,0 5,0 - 0,024 163

Горизонтально-замкнутый контур 0,07 48

Освальд 40 108 2,70 1,56 4980

Известны более 50 типов отделителей отечественных я зарубежных погрузчиков, которые могут быть внесены в таблицу а подвергнуты сравнению в зависимости от поставленной задачи.

В результате экспериментальной проверки основных ¡•еометрических типов отделителей на макетной навесной системе были подтверждены выдвинутые. нами положения об энергоемкости процессов отделения корма от традиционных монолитов (рис б).

Графики (рис.6) подтверждают классическое положение земледельческой механики, сформулированное В.ПХорячкиным для соломоси-досорезок.

раИ/с, lZ.-G.1f*/?. V»/**_,С&ъ£р

Рис. б. Экспериментальные зависимости энергоемкости процесса

фрезерования

Аналогичные результаты получены для контурных отделителей. При углах У> 50° энергоемкость приближается к фрезерованию.

Пользуясь принципом параллельности или последовательности, оценочные коэффициенты можно рассчитать для комбинации основных форм.

Для окончательного принятия решения о выборе отделителя делается оценка технологических возможностей. Нами получены зависимости для расчетов предельных угвдв измельчения, за которыми процесс нарушается. Дчя фрезерующих радиальных элементов он равен

У + гса1ь . .

= агац

Р-**ра19

с учетом же дополнительного иагружения вертикальной нагрузкой с угол фрезерования с измельчением равен

<Рь~агсЩ-

для наклонных ножевых элементов -

у/^соз«,. (16)

q-apacosall а при вертикальном положении Оси фрезбарабана

УТ

(1-Л)г1а+г<. — +

% = аг^-2-. (17)

Ч - о-р а

Здесь Р - усилие на ножевом элементе, Р = гс ,стр - показатели прочности монолита; <7 - удельное сопротивление резанию; а - ширина захвата ножа; г, - сопротивление сдвигу вне плоскости слоев (г, >гс); X ■ коэффициент снижения прочности монолита при вспучивании.

По аналогии с (17) условие дополнительного измельчения для дискового отделителя имеет вид:

сг я-К1-Я)аг,

<рд=агсЪ-£-. (18)

Ч

Условие дополнительного измельчения для встречной схемы выполняется при больших углах. Однако во всех случаях встречнсн о фрезерования монолит разрыхляется и насыщается воздухом, приводящим к его разогреву и порче.

Экспериментально установлена граница (максимальный угол выхода ножей) для трех основных геометрических форм отделителей.

Оценка фракционного состава осуществлялась с помощью решетного классификатора для средней пробы на трех уровнях. Объем пробы по монолиту изменялся от 1,2 до 1,8дм3. У фрезерующих цилиндрических отделителей граница устойчивого измельчения обозначена более четко при Ф0 =55°...60°. При дополнительном пагружегош <р6 » 70Полученные результаты позволили составить алгоритм поиска перспективного варианта погрузчика в зависимости от исходных данных.

Исходные данные включают сведения- о животноводческом объекте (А-поголовьс, рацион у¡.2 и т.д., режим потребления Т^ или данные о размерах хранилищ .

Далее выполняются расчеты геометрических параметров хранилищ и отделителей. В зависимости от технологической задачи составляется перечень показателей сравнения. Операции (4-7) - расчет показателей по вариантам, сравнение с .табличными и предварительный отсев. Подпрограммы (8,9) - энергетическая и технико-экономическая оценка, включая данные (3). Проверка (10) адекватна дискуссии с обращениями (2). (11) - выдача параметров конструкции.

1 Ввод исходных дглных:

4

2 Расчет параметров:

I

3 Формирование показателей сравнения:

4 Ф ДГ щ

1 | 1,56.. .1.47; 0.24...0.07

5 ~ -> табл.

4700...6000; 4?... 163

6

7 тш

»

8

Блок-схема алгоритма поиска оптимального решения

В главе 4 "Формирование монолитов" дано аналитическое описание процессов формирования, упорядочения к уплотнения монолитов в ГСХ.

.На основе анализа основных дефектов традиционной технологии выдвинуто положение о последовательном выполнении процессов упорядочения и уплотнения. Положив в основу анализа общий закон линейного деформирования монолитов как тируго-вязк!« систем я явление рассеивания энергии без деформации, получили зависимости для расчета параметров уплотнителей-распределителей и уплотнителей. Описан механизм упорядочения в межколейном и пристенном пространстве (рис.7) мобильных уплотнителей.

Рис. 7. Схемы деформации монолита в межколейном пространстве и пристенной зоне: а - межколейное пространство: >'■ - пристенная зона

Условие разрыва монолита в межколейном пространстве, приводящее к компрессионному насыщению, имеет вид:

Щ в + — ме-£ I 2

■Н>сгр,

(19)

в пристенной зове -

cos

arctg-

Jji-iW-,

0 IH EJ л .

Hn) Е

Г#>сгр.(20)

Изменив знаки неравенств, получаем условие упорядочения. Здесь Г0 - расстояние до неподвижной точки монолита; Н, Е - мгновенный и длительный модули упругости; V -скорость нарастания напряжений; п - время релаксацшп CD-I.

Условием распределительного воздействия является:

2Ы;. (2i)

Тогда массу и величину просветов следует находить из соотношения

+ — }Н<-—

•ffp,(22)

где

V = ;m,F0 - масса и скорость уплотнителя, /„ - продольная Л, Fm '

база, f ол - опорная поверхность; 1р - средняя длина частиц.

При невозможности выполнения условия (22) необходимо ввести дополнительные опорные элементы с тем, чтобь. монолит успевал потреблять энергию упорядочения.. Уравнение (22) позволяет решать и обратную задачу - нахождение скорости для агрегата с известной конструктивной массой. Выполнение условий (19-22) позволяет значительно уменьшить время достаточного уплотнения монолитов. Полученные условия описывают кинематику процесса и не вскрывают сам механизм упорядочения. Свободно брошенная на технологическую поверхность частица, имеющая один из размеров больше других, стремится занять устойчивое, как правило, горизонтальное положение. При интенсивном наращивании слоя "навалом" такая возможность отсутствует и частицы оказываются в одном из трех положений, отличающихся величиной потенциальной энергии Ej (рис.8), для которых:

~ (23)

О

-5

частицы (г и д) стремятся к устойчивому, с минимальной Е,, положению. Характерными параметрами основных положений являются диаметр

j

коэффициент трения/и длина /. Упорядоченными можно считать монолиты а и б, когда все частицы занимают один уровень и дальнейшее уплотнение связано уже с их деформацией. Коэффициентом упорядоченности таких монолитов №'з можно считать отношение плошади пустот к площади частичек, равное для достаточно больших« и в:

И',=—. (24)

4 cos— 6

Очевидно, что этот показатель для б (см.рис.8) ниже (доля свободного объема больше).

Положив, что эта величина зависит от избытка потенциальной энергии негоризонтально ориентированных частиц, можно утверждать, что переход /- и /- положений частиц в ¿-положение требует внешнего притока энергии от уплотнителя-распределителя. Тогда затраты энергии на переходы будут пропорциональны исходным уровням. Для перехода из / в d, минуя /"-положение:

(25)

для перехода нз I в/соответственно:

Е „

п /_/= -г—L. (26)

О

И Т.Д. *

Рис.8. Варианты тотныхмонолитов и основные попээ-сенш частиц

Физической моделью этого процесса может служить маятник, отклоненный на разные углы от положения равновесия и помещенный в среду с близким к предельному равновесием. Тогда величина отклонения - вакансия, которой соответствч ет доля объема Q¡■

(27)

Заполнение этих объемов частичками с большей потенциальной энергией связано с преодолением сопротивления т1 среды. Энергия необходимая для (/-> f переходов, пропорциональна вакантному объему и сопротивлению среды и может быть представлена для единичного объема <Зо выражениями:

И7, (*/-*-!)Т/Оо (28)

Чи -^1,/Во-

Тогда математическая модель процесса упорядочения может быть представлена в дифференциал^чоч форме

дитг р0„ ¿АРу ~ РТ(29)

Ои- некоторый объем с прочностью г, изменит плотность на величину ¿р за «чет притока энергии, пропорционального (¡1) опорной поверхности Роп за время Л в диапазоне от р^ до ру.

Уравнение процесса после интегрирования примет вид:

—ТГйГ'' (30)

т,1п---

где к - характеризует поток энергии (Дж/м2с) или ее конечную величину за время ? - работу упорядочения, зыполняемую уплотнителем-распределителем.

При формировании монолитов частицами со свободными траекториями они чаше занимают а- положения, а остаток кинетической энергии способствует (/—>•/ =>£?) переходам частиц активной зоны.

Масса подается в зону формирования с интенсивностью (рис.9), образуя зонь! О.д и ср в зависимости от запаса кинетической энергии.

Интеграл вероятности осыпания частицы - случайной величины /в области (/г,о) - запишется так:

ппА (31>

л 2 по

а вероятность остаться в зоне £> - суть:

Рис. 9. Физические ¡^ модели потоков со

свободными траекториями

Интенсивность процессов в активных зонах зависит от оощего времени их протекания и времени формирования зон О и <р.

С учетом вероятностей (31 и 32) попадания частиц в зоны О и ф определим частоту вероятностей появления частиц в этих зонах

г/ г

= /)(£> + 25}

и А/р:

(33)

+ Н\, / = — - число слоев; 6- ширина зоны; • di 4 4g J d 3

Q - минимальный объем начала процесса.

Рассматривая процесс в момент времени t„ определенный совокупностью условий н с энергией £„, а его переход из Е, за время At ■ совокупностью условий (n-¡), запишем для вероятностей полного перехода кинетической энергии частиц (потока) в потенциальную устойчивого положения за пределами о:

Á¡At+0(At), (35)

а полного перехода и образования d- положения из состояния

p,-At+0(At), (36)

Д = Л (п - 1) зависит от состояния системы; fi,= ¡J не зависит от со-• стояния системы.

Составив дифференциально-разностное уравнение состояний для всех Ео, Ei...Ем переходов, решив его методой воспроизводящих функций и перейдя к полным дифференциалам (Д íH> 0), находим М(х) и Dfx) для любого момента состояния системы:

-Л/(д:) = «-|(1-е-А'), , ' (37)

»«-ft'--*)

(38)

Характеристики стохастического процесса формирования монолитов показывают, что распределение частиц по зонам определяется начальным состоянием системы и параметрами потока. Увеличение п при постоянных 11 и Л ведет к увеличению неоднородности распределения.

Ограничив толщину слоя и задав процессу начальное состояние

а Дj = Л (ка-1), для начального состояния системы

I

Ёк [1 = 0, п(0)=1с] получим:

МОс) =» ЕКх) = - а ■- £> + 0 ■~ Ц- О?)

При >оэ распределение стремится к нормальному с пара-

метром ———-; Я1>2; , т.е. возможно формирование монолита с упо-

р&оченной структурой в ограниченных Ы пределах с последующим наложением статически устойчивых слоев, не связанных между собой, что

Механизированный комплекс на заполнение ГСХ

Лабораторная установка для исследования реологических и фрикционных свойств стебельных кормов

Погрузчик силосованных кормов УГПС-60

Прибор для определения пористости кормовых монолитов

Механизированный комплекс на разгрузке ГСХ

существенно отличает его от традиционных с залеганием частиц в горизонтальных слоях.

Уплотнение монолитов рассматривалось нами с учетом технологии заполнения ГСХ я УВС, соответствующих его стадиям. Верхнему слою а (рис.10) был поставлен в соответствие закон деформирования

Ае' + Ве-о + псг', (40)

а последующим, по аналогии с (40) и рис. 10, соответственно

Л,£" + В1£г' + С£ = сг+па' (41)

и т.д.

Моделирование таких систем с помощью Я-, Ь-, С-аналогий на ПЭВМ показало нецелесообразность повышения порядка уравнений, хотя решение их алгебраическим методом Хевисайда и не представляло сложности.

Поэтому, как и принято в механике УВС, мы ограничились ускорением - вторым порядком. Уравнения деформирования решались для четырех режимов: ег, = <г0 + VI - наезд, сг2 = ст0 + сгт - экспозиция, о"3 = сг2 - V с -съезд. сгт = 0 - пауза.

Рис. 10. Иерархическая модель монолита:

а - верхние слои; б - промежуточные, частично упорядоченные; в - нижние слои -завершенная структура

В вычислительных целях полезны решения "наезд-съезд"

и экспозиция

Гп(, НЛ

^ Е)

1-е НпГ

Я"+§, (43)

позволяющие построить диаграмму деформации для любых Ух п, Н, Е, а.

Интенсивное наращивание высоты монолитос приводит, уже спустя 5-6 часов, к формированию обширных "мембран" и "балок", обладающих высокой несущей способностью. При этом окрестности монолита, следующие за ними по высоте, разогреваются, испытывая сжатие и растяжение. Деформация таких балок подвижной нагрузкой описывается известным уравнением

+ Щ = (44)

¿х4 ш

где у - прогиб балки в точке х - расстояния от опоры до нагрузки }0, /[; длина балки; Н, } -мгновенный модуль и момент инерции балки;

С- «Г ' ь Ш

р,8 - плотность и площадь поперечного сечения балки; кс~ — - принято для краткости записи.

Решение уравнения (44) известными методами для случая "прогиб и поворот в опорах отсутствует, а производных по поперечной нагрузке Р нет" имеет вид

X

~Р7,

Щх,р) = Ахе- +С2едх (45)

где ±д и'± щ - корни характеристического уравнения, и описывает явле-> ние, которое в теории УВС известно под названием "эффекта гладкого льда", т.е. перед нагрузкой возможно образование гребчя, а за ней впадины, а, следовательно, и зон "разрежения" и "сжатия." монолита. Такое предположение подтверждается решением уравнения Винклера для абсолютно упругой балки, лежащей на упругом основании, когда размеры балок и монолитов достаточно велики, а граница при I »0 размыта в силу равенства времени релаксации и отношений длительного и мгновенного модулей (коэффициентов) упругости. Тогда реакция основания на балку перед подвижной нагрузкой (х> У0!) равна:

лП 1

е'а(1"1'°'>[зта(х - К0О + соза(* - К0г)], (46) а за подвижной нагрузкой (х< У^) -' зтаС^ - + соза(дг - Г0Г)]. (47)

А

При скорости V>0 ось балки наклонена в сторону, обратную движению, л максимальный прогиб лежит за грузом. Можно предположить, что при значительном различии параметров покровного слоя и основания, когда темп заполнения очень высок и источником колебаний является сам трамбовщик массой т, поведение системы "балка - подстилающий монолит" описывается уравнением:

"»—»■FW-jfW+ *■,('), (48)

at'

в котором f7 = kTx'(t) - сила сопротивления вязких элементов монолита; Fr Сх (г) - приведенная упругость монолита для достаточно малых t и С= Const.

Введя соответствующие обозначения и положив для t=0

Sx с^ х

— = —— = х(0) = О, имеем

а а2

+ -¿+*C0 = *F(0. (49)

дг at

w к*. 1 _ _

;где 7V = —;Г, == —;7| - постоянная демпфирования;

Т2 - постоянная раскачивания.

При 27*2 > 7] * система является колебательным звеном.

При 2 Г2 < Г, - это апериодическое звено.

Тогда можно составить выражение для АЧХ системы и собственной частоты, построить семейство АЧХ от т,С,кт и и>, задавая и']0,+со[ при -(т * С - кТ) = Const, и собственной, показав, что ее поведение зависит от общей массы т, состояния частичек С л упорядоченности монолита к7.

При эшелонном нагружении монолитов (трактор-каток впереди, каток сзади) уравнение переходного л-ступенчатого процесса запишется в виде:

х(0 = *о(0 + *]('' r)+...+x„(t - иг), (50)

а график переходного процесса n-ступенчатой с постоянным шагом функции может быть представлен в виде рис. 11.

Можно утверждать, что достаточно иметь нагрузку перед трамбовщиком, чтобы снизить эффект "разрежения" монолита, исключить его раскачивание.

В пятой главе "Кинематика и геометрия рабочих органов " на основе анализа общих признаков траекторий предложено их описание параметрами пространственных фор .1, имеющих кривизну к и кручение сг, выделением области контакта рабочих элементов отделителей с монолитом, ориентированием их граней и режущих кромок относительно спрямляю-

щей и соприкасающейся плоскостей. Построенные или табулированные в текушем времени значения к и с позволяют обозначить области с максимальной патологией траекторий и назначить зоны рационального контакта с монолитом. В зависимости от программного обеспечения получены параметрические уравнения траекторий в тригонометрическом и алгебраическом виде.

Приведены формулы для расчета углов относительно касательных, нормалей и бинормалей. Приведены и более сложные варианты траекторий и расчетные зависимости, представляющие интерес в учебном процессе - тор, лист Мебиуса.

Предложенные зависимости проверялись в лабораторных и полевых условиях относительно основных геометрических и кинематических элементов траекторий/Схема измерений и графики усилий представлены на рис.12.

В полевых условиях аналогичные измерения производили с помощью тензометрического модуля, обеспечивающего измерения составляющих усилий, крутящих моментов на стойках ножей и валу отделителя.

Получена удовлетворительная, до 95 процентов, сходимость расчетных и экспериментальных значений измеряемых величин.

В заключение раздела предложен способ регулирования степени дополнительного измельчения отделенного корма.

Рис.12. Измерение усилий на различных ножевых элементах с помощью копра-преобразо^ателя: а - принципиальная схема измерений; б-графики усилий в зоне фрезерования (¿р)',Р,,Рг-усилия на стрельчатом и радиальном ножах; Ра - расчетные значения усилий на радиальном ноже; величина деформации монолита в рабочей зоне;

Р(. зависимость усилия от угла /3 установки лезвия радиального ножа.

В шестой главе "Анализ работы отделителей" систематизированы рабочие элементы отделителей, получившие в последние годы распространение. Приведены зависимости для расчетов усилий на режущих элементах различной геометрии, штифтах и,планках; не образующих новых поверхностей. При этом учтены результаты, полученные во второй главе • для коэффициентов трения и плотностей при различных скоростях и давлениях и реакции упругого основания в предположении, что всегда существует точка монолита, не испытывающая нагрузок. В результате экспериментальной проверки зависимостей установлено, что расчетные значения усилий в зоне максимального заглубления несколько выше измеренных, что связано с деформациями монолита.

При анализе усилий на штифтах отделителей установлено н описано явление укладки частиц на свободной поверхности монолита, позволившие составить выражение для расчета их величины:

тс, (51)

, в

где !„ - длина призмы; к - половина ее основания, равная

в - угол укладки, определяем ый выражением;

в=х( 1-еА). (52)

Величина /„определяется из условия равновесия и прочности тела волочения по зависимости:

1 = н в 4г * 2 где Ь- глубина хода штифта.

Экспериментально установлены соотношения « А - средней

с1

длины частиц и их диаметров - для основных силосных культур.

При анализе усилий вне свободной поверхности рассматривались два типа штифтов - с развитой фронтальной поверхностью и боковой. Усилия рассматривались как функции вида

Л = Г<У,рЛ) И Л = /, {V, тс,1) (54)

и соответствующие №.1 уоавнення размерностей: ШГг =(1Т~х)а(ЬГъМ)ь1с-, ЬМГ~2 =(1Г )*(1ГХМГ-гУ I/. (55)

После решения характеристических уравнений функции (54) определились в параметрах:

Р, =СУ212р и Р2 ~Стс1г, (56)

где V - скорость, р - плотность, тс - сопротивление сдвигу, / - характерный геометрический размер штифта.

Запись уравнений (55) по осям х, у, : и решение характеристических уравнений обнаружили, что I2 - поперечное сечение рабочей части штифта, а плоскости хо: для штифтов первого типа и в плоскости усс - для второго. Причем штифты второго типа испытывают сопротивление как на гранях, так и на ребрах. В результате оценки усилий с помощью критерия Фруда установлено, что в геометрически подобных случаях для штифтов первого типа пересчет усилий можно вести по соотношению

Л.1 ч

- рыхлые монолиты, (57)

а для штифтов второго типа -

Р2,> (и\2

—17) "плотныемонолиты. (58)

Часто мы имеем одну форму штифтов, работающий по второму типу на участке фрезерования и по первому - на участке сгребания. Исключение представляют конструкции комбинированных отделителей. Определение параметров призм позволило сделать расстановку рабочих элементов на развертке отделителей, описать процесс транспортирования корма по свободной поверхности.

Экспериментально с помощью имитационной установки, изменяли геометрию штифтов, глубину хода, фракционный состав корма и скорость транспортирования (рис.13 и-14).

за

80

ей

<0

го

8.1'

1 1

г-*.

Й

А i

Р.Н

¿о

за

го

го

и-С;

Ззо

I

10

2 100

3 150

4

газ

¿¡о мп,

Рис. 13. Усилия и геометрия укладки Рис. 14. Зависимость усилий на частичек на свободной поверхности одиночных штифтах в зоне

фрезерования

Результаты исследования штифтов в плотном монолите на участке фрезерования (рис. 14) в области реальных размеров т=4...5мм и Ь=Ю...15мм достаточно близки и удовлетворительны для геометрически подобных вариантов.

В заключительной части главы дан анализ и приведены зависимости для расчета мощности привода, сделан вывод о том, что, в отличие от почвообрабатывающих, основными сопротивлениями на рабочих элементах" отделителей являются резание и сдвиг. Усилия от массовых сил незначительны. Этот вывод подтвержден и экспериментально.

В седьмой, главе "Экспериментальное исследование производственных процессов, зависимостей у параметров рабочих органов" дано описание экспериментальной базы, спроектированной, построенной и оснащенной макетами, экспериментальными установками и приборами для проведения исследований по планам Минживмаша и конкурсной тематике Минсельхозпрода РФ в учебном хозяйстве академии "Зерновое". Изложе> на общая программа и методика полевого эксперимента в условиях реального животноводческого объекта.

В основу методики положена, оправдавшая себя практика математического планирования эксперимента, позволявшая решать оптимизационные и компромиссные задач:!, получить ряд регрессионных моделей процессов, сделать анализ поверхности отклика и сформулировать новые научно-технические задачи в области электропривода.

В ходе экспериме1та при формировании упорядоченных монолитов стаЕшшсь задачи: проверить саму возможность такого решения, установить соответствие физических моделей реальному процессу, подтвердить его основные параметры и оценить свойства новой структуры монолита в производственных условиях. В траншее, заполнявшейся рядом с экспериментальной, изучались свойства традиционного монолита, полученного из аналогичного сырья.

Уплотнение силоса в обеих траншеях, как правило, велось трамбовщиками со сложными опорными поверхностями и серийными тракторами.

Скоростная киносъемка процесса камерой СКС-16 в зоне формирования монолита и покровного слоя (рис.15) позволила при покадровом анализе установить, что началом формирования упорядоченного монолита можно считать появление устойчивой обратной сыпи.

Рис. 15 Зоны формирования монолита >'; : 'а - упорядоченного монолита, б - покровного слоя Только после этого осуществлялась поперечная подача укладчика. Суточный объем заполнения составлял от 600 до 800 тонн, что позволяло завершать закладку одной траншеи за 3-4 дня. В ходе заполнения контролировалась транспортная плотность, фракционный состав, влажность сырья, процесс уплотнения, пористость, рН и температура до завершения активно»; стадии консервирования. Формирование слоев упорядоченного монолита по высоте откоса соответствовало п- совокупности начального "состояния системы, а поперечный перенос - ¿/-совокупности. Каждые сутки завершались нанесением разметки на стенах траншей. Концентрация рН ионов водорода контролировалась до стабилизации в обеих траншеях. Обработка выборки покадровой киносъемки и гистограммы относительных частот моментов смещения зоны выгрузки позволила подтвердить ги-

лотезу о Пуассоновском законе нормального распределения пх

(X1 - 5,85; х1 =Л'2Г = б>°) с параметрами

¿(4-1)

Для соответствующих высот их величины равны: Я| = 1,32Л/;^2 = 1,3 8Л/; //] = 0,78Л/; /ь =0,84Гц с коэффициентами пропорциональности = 2,68 и = 3,44.

Дренажирование монолитов показало, что плотность упорядоченного стабилизируется к исходу вторых суток, а традиционного сохраняет динамику и к исходу третьих. Это запаздывание достоверно подтверждено результатами измерений температуры (рис.16). Традиционный монолит к середине третьих суток достигал критического уровня, упорядоченный - оставался "холодным''. Результат, полученный проф.Н.М.Симоновым, подтверждает эту динамику.

НетрамОованный пандус

Упорядоченный монолит

10 14 18 22 10 14 18 22 -10 14 1-е сутки 2-е сутки ■ "е СУ™1

Рис. 16. Температура монолитов различной технологии в первые трое

суток

Параллельно измерениям пористости и температуры определяли концентрацию рН ионов водорода (табл.2) от -акладки до начала потребления.

Таблица 2

Изменение величины рН при различных способах формирования _ монолитов кукурузного силоса_

Способ формирования Дни с момента заполнения

0 1 2 3 4 5 .10 20 30 40 60 100

Градициошшй, уплотнение гусеничным трактором 6,5 62 5,7 5,4 5,2 5.0 4,8 4,6 4,3 4,3 43 4.2

Традиционный, уплотнение адаптеоом 6.3 5,9 5,4 4,9 4,8 4.6 4,4 4,3 4,3 , 4,3 4.2 4,2

Упорядоченный, статическое уплотнение 6.2 5.9 5,0 4,8 4,6 4,3 4.3 4,2 4,2 4,2 4.2 4.2

Из таблицы видно, что окислительные процессы в упорядоченном монолите завершаются на 30-40, в адаптивном - на 10-20 дней раньше, чем в традиционном, значительно снижая устранимые потери.

При потреблении.готового корма измерялись: усилия отрыва и переноса его грейферным погрузчиком ПЭ-0.8Б и мощность привода фрезба-рабана ПСК-5 и контурного отделителя ПСС-5,5. Величина усилий отрыва и переноса, их соотношения, энергетика фрезерования указывают на существенное в 2 и более раза снижение этих показателей на упорядоченных монолитах (рис.17). N..

кВт

0,5. 1,0 1.5 2.0 2.5 3,0 3,5

Рис.17. Мощность привода отделите-лей на различных монолитах

Наряду с энергетикой отделения оценивали рыхлый и плотный способы отделения корма При рыхлом способе (ПЭ-0.8Б) температура монолитов на глубин? 280-400мм приближалась к расчетной по Макдональду и Виттенбери и составляла 54-57°С. Регулярные в течение 12-15 лет наблюдения показали наличие двух максимумов - на 2-3 сутки и, как правило, на 7-8, что соответствовало завершению аэробного разложения запасов молочной кислоты и началу спонтанного развития плесени.

При плотном способе разгрузки незначительный разогрев наблюдался только со стороны свободной поверхности у контурных отделителей. Торцевые и боковые поверхности разогрева не вызывали, но на 5-7 сутки подсыхали.

Упорядочение и уплотнение традиционных монолитов выполнялось с целью подтверждения основных стадий формирования, укладки и механизма упорядочения за счет вертикальных н горшоз1талызых деформаций; определения параметров рассеивания энергии различными опорными схемами; выявлении эффекта "гладкого льда"; обоснования величины активных просветов и характера деформации поверхностного слоя. Измерения ¿>г в процессе непрерывного уплотнения серийными тракторами Л, = 4 х 2(7*-150К) и Л2 ~ 2 х К'Г-ISOK) позволили построить интегральные характеристики процесса и после их дифференцирования, -функции интенсивности, обнаружившие три основные стадии (рис,1В).

Рис.18. Стадии-плотнения традиционных монолитов

Первая - макрораспределение f = (0-0,20) суток, вторая - интенсивное замедление процесса и рост плотности за счет принудительного перехода частичек из /- uf- в ¿/-положения (упорядочение монолита).

Формируется прочность монолита и высокая несущая способность, достигающая поверхности (=0,2-0,5суток. Третья стадия - (>0.6 суток - это "собственно уплотнение", связанное с деформациями частичек и самого монолита, обладающего УВС. Расчетные величины деформации на второй стадии - уравнение процесса (30) • нанесены штрих-пунктиром {О-С! к „In*), достаточно согласуются с экспериментом. Применение комбинаций опорных поверхностей позволило получеть коэффициенты км пропорциональности (рассеивания) в (30) в широком диапазоне (рис.19).

Левая граница областей значений соответствует полной высоте бурта, правая измерена на высоте 2 + 0,15д( в процессе заполнения между сменами. Значения к для R>32 не просчитывались, а нанесены на графики путем интерполяции расходов топлива. Исследование показало, что простое усложнение опорной схемы без пропорционального увеличения массы перфективно (рис. 19). Увеличение массы на величину приращения площади (полоса т + 2500) существенно изменяет ситуацию.

СНГ

0 2

0,4

0.6

ОД

W

и

Рис.19. Области значений коэффициентов пропорциональности (рассеивания энергии)

Изучение уплотнения в поминутном режиме подтвердило высокую эффективность шагающего платформенного уплотнителя на стадии собственно уплотнения г>0,<Гсуток, когда время экспозиции выступает как основной фактор. Экспериментально, в режиме локального иагружения монолита, была подтверждена зависимость горизонтал- ных ондеформаций от вертикальных 8У и установлены зоны разрежения.

Наконец, по завершении второй стадии и образования покровного слоя были проведены опыты по оценке формы поверхности по следу трамбовщика с помощью катков, устанавливаемых за и перед трактором. Экспериментальные зависимости сопротивленца перекатыванию имеют выраженный максимум, что подтверждает наличие положительного прогиба перед трактором и отрицательного за ним, свидетельствуют!« о волнообразной форме нейтральной линии покровного слоя и лхчичли участков сжатия и разрежения монолитз, образующих механизм компрессионного насыщения его свежим воздухом.

В результате реализации планов (л2 + 2п + л0) на трех основных типах отделителей были получены регрессионные модели второго порядка и определены области рациональных параметров и оптимумов. Для отделителей-измельчителей решалась компромиссная задача - оптимум энергоемкости Е и степени измельчения в области гиперплоскостей вида: Е = 0,6536 + 0,0298*! ► 0,0047х2 - 0,0591х3 - 0,0050х4 - 0,0171х5 +

. +- 0,0263*? + 0,0036л{. + 0,03 • \х: + 0,0166х| + 0,0275х| - 0,011х,х, --0,0201х,х3 + 0,0129^^4 -0,0039x5*5 + 0,0312х2х3 + 0,0045х2х4 +. + Э,0081х2х5 - 0,0112х3х4 - 0,017Зхгх5 - 0,0032х4х5; I = 71,507 - 1,80x1 4 0,651*2 - 2,049х3 + 1335х4 + 1,905*5 + 1,75*? + + 1,308х| + 1,067х| + 2,60х| + 2,331х| -0371х,х2 + 1,003х,х3 + + 0,703x^4 - 1,621x1*5 - 0,647х2хг + 1,053х2х4 - 0,059х2х5 + + 0,072х3х4 -0,928х3х5 -0,228х4х5. .

Здесь х; - скорость фрезерующих ножей; *? - усилие дополнительного нагружения; х3 - глубина фрезерования; Х4 - глубина хода клавишных ножей; .г,- шаг клавишных ножей.

Анализ уравнений регрессии методом двумерных сечений показал, что оптимальные значения факторов на различных кормах находятся в непересекающихся областях, что послужило основанием для постановки задач в области регулируемого электропривода. Решенле их позволило создать роботизированный технологический комплекс, обеспечивающий выполнение основных операций без участия человека (рис.20) и алгоритм функционирования в реальных условиях (рис.21). Оператору достаточно осуществить пуск, а затем заданием соответствующей команды включить комплекс в работу (рис21).

В восьмой главе "Экономическая эффективность технологии и комплекса технических средств для производства силоса в ГСХ" определены основные эксплуатационные и технико-экономические показатели технологии и технических средств для заполнения, уплотнения и разгрузки.

Заполнение упорядоченным моно/штпм 8 5 4-

бск^ьшс?; пло/пмяя разгрузка, яшстха

перенес /сомплехс а яр дщеух? траншею

Рис .20. Роботи:шрованный комплекс для производства силоса в ГСХ: 1 - формирователь покровного слоя: 2 - транспортеп-укладчик: 3 - реверсивный подаватель: 4 - отделитель контурный: 5 - транспортер-11017)VIчик; б - направляющая; 7 - ходовые гележки с поворотными'кругами; 8 - транспортное средство; 9 - транспортная опора; 10 - мачта

Рис.21. .Алгоритм функционирования роботизированного комплекса в режиме заполнения

Реализация полученных диссертантом технологических и технических результатов решает три важнейшие народнохозяйственные задачи -сокращение площади посевов силосных культур на 11 -13 процентов за счет снижения потерь при силосовании;.повышение эффективности использования тракторов общего назначення за счет рационального агрегатирования и оснащения простейшими адаптерами (прицепными и навесными катками), обеспечивающими экономию от 15 до 17 процентов топлива; снижение трудовых в 2,1. 4 и энергетических в 4...б раз затрат при внедрении роботизированных элеетромеханизированных комгшексоа

Годовой экономический эффект от внедрения комплекса машин для новой технологии составил 146151 руб., что позволяет окупить дополнительные капвложения с учетом выплаты процентов по кредиту за 1,1 года (в ценах 1998г.).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Актуальной научной проблемой снижения затрат труда и средств, сокращения потерь биологического урожая в повышения сберегающих возможностей естественного консервирования является разработка методов выбора технических средств общего назначения, адаптации их к требованиям технологии, обоснование и определение параметров новых процессов и машин, в полной мере отвечающих ее биологическим особенно' стям.

2. Совершенствование процессов и технических средств производства силоса в ГСХ необходимо выполнять с ибпользованнем методов пооперационного контроля состояния монолитов, соответствия механических воздействий оптимальному протеканию биологических процессов на всех стадиях заполнения до наступления метаболической устойчивости длительного хранения за счет быстрейшего создания анаэробной атмосферы с коэффициентом пористости П » 2, удержания температуры активного периода ниже Зб°С, динамичного сннжения рН среды до уровня 4,3...4,2 за счет преобладающего молочнокислого брожения.

3. Воздействие рабочих органов на монолиты в процессе производства силоса приводит к изменению в широком диапазоне: сопротивлений сдвигу - 4,8...12кПа; разрыву - 45...70кПа; удельной работы резания - 5,61 ...8,86кДж/м2; коэффициентов трения движения - 0,78...0,42 в зависимости от скорости, нормального давления, плотности и влажности; самой плот-_ ности - от 680 до 1100кг/м3 для силоса и от 410 до б00кг/м3 - для сенажа.

4. Исследование зависимостей механико-технологических параметров традиционных монолитов о- процессов заполнения и свойств сырья позволили обосновать их оригинальную структуру, состоящую га наклонен-

ных под углом внутреннего трения 42...55° слоев толщиной меньше 3/р последовательно укладываемых друг на друга и ограниченных внизу

дном траншеи, а вверху - покровным слоем, отличающихся в широком диапазоне /р от 45 до 80мм высокой начальной плотностью 580...640кг/.ч3 и пористостью П« 2, практически обеспечивающих анаэробную атмосферу и начало заквашивания уже спустя 6...8 часов после закладки; внедрить их в производство; включить в конкурсные проекты и систему машин; предложить способ и устройства для реализации новых процессов (а.с.№1014516; а.с.№1166727).

5. Предложен метод и алгоритм принятия перспективных решений при агрегатировании, выборе способа заполнения, типа отделителя, процессов формирования, уплотнения и разрушения монолитов при разгрузке, позволяющих снизить до 7...9 процентов неизбежные потери за счет сокращения до 36...48 часов времени формирования анаэробной атмосферы, исключить компрессионное насыщение и снизить температуру активного периода до 34...3б°С, устранить вторичную ферментацию за счет плотной разгрузки и снизить в целом общие потери силоса на 13...17, сенажа - на 9...! 1 процентов, энергоемкость процессов - в 2,8.:.4раза; затраты труда - в 2 и более раз.

6. В результате анализа структур опорных поверхностей мобильных трамбовщиков сформулирован, разработан, экспериментально подтвержден и внедрен в 'производство метод синтеза • уплотнителей-распределителей, обладающих высокими упорядочивающими возможностями, на основе математических моделей системы "энергетическое средство-монолит", позволяющих определить коэффициенты рассеивания: для сенажа - в диапазоне 0,2...0,5, для силоса - 0,3.-0,9кДж/м2с и решить задачу нормирования процесса уплотнения.

7. Впервые в механике анизотропных сред описан процесс укладки частичек зеленых растений на свободной поверхности и по высоте монолита, предложена экспериментальная зависимость экспоненциального вида для расчета углов укладки исходного сырья различного ботанического и фракцнонногЬ состава, определен^ углы укладки для основных силос-пых культур, равные 30...700, описан механизм упорядочения и компрес-сионниго насыщения, созидающий или разрушающий атмосферу консервирования.

Введены понятия: коэффициент упорядоченности, вакантный объем, энергия перехода, основные положения частиц, образующих плотные устойчивые или рыхлые неустойчивые совокупности, позволившие описать, в ра,чках сделанных допущений, процесс уплотнения за счет уменьшения потенциальной энергии без деформации самих частиц.

8. Для оперативного контроля состояния монолитов и управления процессом их формирования обоснованы, разработаны и внедрены в практику исследований и производство способ и устройство, позволяющие оценить их пористость а, следовательно, И время наступления анаэробного состояния - готовности к началу активного периода самоконсервирования, представляющие собой систему дренажных трубок и герметичный двух-объемный нагнетатель.

9. Получены зависимости, позволяющие определить предельные углы и глубины фрезерования, обеспечивающие дополнительное измельчетте корма в процессе отделения от монолитов отделителями основных геометрических форм, равные от 32 до 60° для силоса, от 28 до 41° для сенажа, и технические решения регулирования и повышения измельчающей способности в широком диапазоне зоотребовзний от 10... 12 до 50мм, в том числе оригинальные (а.с.№550145; а.с.№677718).

10. Математические модели упорядочения традиционных монолитов и монолитов с заданной структурой и свойствами, формируемых потоками со свободными траекториями частиц, деформации покровного слоя под действием мобильных уплотнителей получили экспериментальное подтверждение и позволили создать ряд оригинальных технических решений и адаптеров к энергосредствам общего назначения навесных и прицепных катков переменной массы, обеспечивающих оптимальные временные п технологические параметры производства на 18...48 часов раньше традиционных вариантов.

11. Регрессионные модели процессов взаимодействия рабочих органов с монолитами позволили назначить'их оптимальные параметры или области рациональных значений при решении компромиссных ситуаций: скорости ножей для силоса - 2,8...4, для сенажа - до 7, для грубых кормов -12... 15м/с; отношения скорости к подаче 120...200, обнаружить существенные различия при выполнении технологических процессов, сформулировать задачи исследования в области .многоскоростного электропривода и решить их.

12. Впервые в практике производства силоса (сенажа) в ГСХ обоснован, спроектирован, изготовлен и внедрен в производство роботизированный комплекс высокой производительности, обеспечивающий выполнение основных производственных операций в соответствии с биологическими требованиями, минимальными затратами труда (до 0,04чел.-ч/т) и расходуемых ресурсов, уменьшением неизбежных и устранимых потерь с 40...50 до 11...15 для силоса, 7...9 процентов для сенажа, разработаны алгоритмы функционирования.

13. Анализ моделей позволил установить и описать три основные стадии уплотнения монолютв и их продолжительность: перемещение микро-

объемов - до 6 часов, упорядочение - 5...7 часов и собственно уплотнение -20 и более часов; предложена стратеги адаптации их к требованиям технологии и тактика ьгшол нения соответствующими техническими средствами, обеспечивающими быстрейшее формирование анаэробных условий и минимальные потери, в том числе оригинальными (а.с.№ 1423047; а.с.№1598914; а.с_М>1702933; a.c-Nal 743464; а.с.ХЛ76286S; а.с.№1813354 и ДР-).

14. Оценка традиционных и упорядоченных монолитов после трех месяцев хранения показала, что мощность привода фрезбарабанов при равной производительности снижается в 1,8...2,3 раза, при сгребании - в 2—2,1; а усилия отрыва грейферным погрузчиком - в 1,б...2 раза.

Отношение давлений отрыва к давлениям переноса при погрузке традиционных монолитов составляет 2,8...3,1, упорядоченных - менее 2. Температура упорядоченного монолита в рабочей зоне была при разгрузке на 9... 17° ниже традиционного и температурный максимум наступал только к исходу 4-х суток.

¡5. В ходе проведения исследований и внедрения результатов в учебный процесс были разработаны: лабораторная установка для имитации свободной поверхности монолита и работы штифтов при скоростях от 0,05 до 1.0м/с и глубине хода 2...20мм; установка для определения реологических свойств стебельных кормов (Н, Е, п, к); при Р=0,02...0,04кПа и коэффициентов трения в диапазоне/=0...0,4 кПа скоростей К=0,01...30м/с для различных конструкционных материалов.

16. Расчет экономической эффективности новой технологии и комплекса технических средств, выполненный в соответствии с ГОСТ 2372888 и ГОСТ 23730-88 "Техника сельскохозяйственная. Методы экономической оценки" (1998г.) »1 "Методическими рекомендациями по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору..." (1994г.), показал, что годовая экономия от внедрения комплекса на блоке траншей в 9 и более тысяч тонн с учете« погашения процентов по кредиту на срок 5 лет составила 146151 руб., а срок окупаемости дополнительных капвложений в сумме 151500руб. составил 1,1 года.

По теме диссертации опубликована 71 работа, основные результаты изложены в следующих:

1. Семенихин A.M. К расчету рабочих органов сислосных фрезбарабанов// Межвуз.сб.науч.раб/ЧИМЭСХ - Челябинск, 1966. - Вып.21.-С. 135-138.

2. Семенихин A.M. Энергетические и качественные показатели ротационных питателей при отборе силоса// Вопросы механизации и

' электрификации сельскохозяйственного прошводства: Сб.науч.тр7 ВНИПТИМЭСХ-Ростов-на-Дону. - 1966. - ВыпЛХ. -СД34-140.

j. Семенихин A.M. Исследование технологического процесса отделения силоса ротационными питателями: Автореф.дис....канд.техн. наук. -Ростов-на-Дону, 1966. -23с.

4. Семенихин A.IVi. Расчет рабочих органов для послойного сгребания силосной массы'/ Сб.научн.тр.ВНИПТИМЭСХ. - Ростов-на-Дону, 1969. -Вып.11.

5. Новобранцев Ф.К., Семенихин A.M. Электросамоходный погрузчик кормов// Механизация и электрификация сел.хоз.произ.: Сб.науч.тр./ ВНИПТИМЭСХ. - Зерноград, 1970. - Вып. 13.

6. Семенихин A.M. Влияние кинематических параметров и геометрии ножей на усилие фрезерования силосной массы// Тр.АЧИМСХ. -1971. - Вып.20.

7. Семенихин A.M., Алексенко Н.П., Хворостяное Л.И. // Механизация и электрификация соц.сел.хоз-ва. - 1973. -№8. -С.19-21.

В. Семенихин A.M. и др. Физико-механи'-еские свойства сенажных монолитов// Мех иизацня производственных процессов в животноводстве. - Ленинград-Пушкин, 1974. - Т.230. - С.37-41. Семенихин A.M., Алексенко Н.П., Хворостянов Л.И. Электрифицированный погрузчик силоса// Техника в сельск.хоз-ве. - 1974. -№8.

0. Семенихин A.M., Алексенко Н.П. Исследование работы плоского отделителя кормов методом планирования эксперимента// Механизация производственных процессов в животноводстве. - Ленинград-Пушкин, 1976. - Т.290. - С.78-84.

1. Семенихин A.M., Алексенко Н.П., Хворостянов Л.И. Дисковый отделитель кормов//Молочное и мясное скотоводство, - 1976. - №8.

2. Семенихин A.M., Алексенко Н.П. Анализ основных параметров дискового отделителя кормов (общее положение)// Эксплуатация и ремонт сельск.хоз.техн.: Тр.АЧИМСХ. - Ростов-на-Дону. - 1976. -Вып.З -С. 104-108,

3. Семенихин A.M., Хворостянов Л.И. К возможности энерготехнологической оценки конструкции рабочих органов отделителей кормов// Эксплуатация и ремонт сельск.хоз.техн.: Тр.АЧИМСХ. -Ростов-на-Дону. - 1976. - Вып.З -С.109-112.

X. Семенихин A.M., Алексенко Н.П., Хворостянов Л.И. Изыскание и оптимизация параметров отделителей кормов// Механизация и электрификация сельск.хоз.пр-ва: Тр.ВНИПТИМЭСХ. - Зерноград. -1977.-Вып.28. -С.77-85.

5. Семенихин A.M., Алексенко HIL, Хворостянов Л.И.0 некоторых физико-механических свойствах сенажа// Эксплуатация и ремонт сельск.хоз.техники.: Тр.АЧИМСХ. - Ростов-на-Дону. - 1977. - Вып.4 -С.46-51.

16. Семенихин А.М., Хворостянов Л.И. Зоотехнические требования н; мобильный погрузчик силоса а сенажа из траншей// Тр.ВИЭСХ. 1976. -Вып.УЬ

17. Семеннхин A.M. Повышение измельчающей способности фрезбара банов погрузчиков кормов// Производство концентратов зелены; кормов: Межвуз.сс./РИСХМ.-1978. - С. 103-108.

18. Семеннхин А.М. Снижение прочности силосных монолитов// Меха низация производственных процессов в животноводстве. - Ленин град-Пушкин, 1980. - Т.391. - С.45-49.

19. Семеннхин A.M. Анализ усилий на штифтах цепочно-планчаты; отделителей// Расчет и конструирование сельск.хоз.машин: Меж Еуз.сб.:РИСХМ.-Ростов-на- Дону .-1978.

20. Семенихин A.M., Алексенко Н.П., Марянин В.Г. Исследование ра боты плоского отдели теля кормов методом математического план» рования эксперимента// Новое в методах испытания тракторов i сельск.хоз.машин. -М.-1979. -Вып.22.

21. Семенихин A.M. Совершенствование схем укладки и режимов уп лотненчя зеленой массы в силосных и сенажных траншеях// Там же

22. Семенихин A.M.; Хворостянов Л.Й. Стационарный электрифициро ванный выгрузчик силоса и сенаяса// Проблемы компл.мех. и авто мат. кормопроизводства, хранен., приготовления и раздачи кормов Тез.докл.Всесоюзн.науч.-техн.конф. 13-15 октября 1980г.-М.-Киев,

23. Семенихин А.М., Ливенцева Т.С. Теория и расчет кормоперераба тыЕающих машин (методическая разработка). - Ворошиловград. ¡981. -56с.

24. Семенихин A.M. О механизме компрессионного насыщения силос ,ного монолига// Производство концентратов зеленых кормов. - Рос тов-на-Дону:- РИСХМ. - 1982.

25. Семенихин A.M., Магомедов М.М. Комбинированные отделится: кормов// Техника в сельском хозяйстве. - 1984. - №6.

26. Белоконов С.А., Семенихин А.М. Расчет диаграммы уплотнения си лосных монолитов// Проблемы комгш.механизации производстве приготовления и раздачи кормов: Сб.науч.тр./ ВНИПТИМЭСХ. Зерноград. - 1984. - С.85-90.

27. Семенихин А.М., Рыбченко А.Е., Загорупко Е.Е. Аналитическое on ределение коэффициента заполнения винтовых отделителей сило са// Материалы науч. конф. ВИМ. - М., 1994.

28. Рыбченко А.Е., Семенихин A.M. Совершенствование опорных сис тем уплотнителей силоса и сенажа в траншеях// Эьергосбсрегающн технолегтп! механизированных работ в сельском хоз. - Ставрополь. 1990. -С.61-65.

19. Семенихин A.M., Загоруйко Е.Е. Интенсификация процесса уплотнения силосуемой массы// Совершенств.технолог.процессов, машин и аппаратов в инж.сфере АПК: Сб.науч.тр./АЧГАА. - Зерноград. -1996.-С.119-124.

10. Семенихин A.M. Проблемы научного обеспечения механизированной технологии роизводства силоса и сенажа в горизонтальных хранилищах/Лам же. - С.' 13-118.

П. Семенихин A.M. Формирование кормовых монолитов потоками частиц со свободными траекториями' Азово-Черномор. гос. агро-1иг,к.академия. - Зерноград, 1997. - 11с. - 3 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ, 16.05.97; №1635-В97.

12. Семенихин A.M., Загоруйко Е.Е., Гуриненко Л.А., Стальной В.П. Формирование упорядоченных кормовых монолитоз (энергетическая версия) /Азово-Черномор. гос. агроинж.академия. -Зерноград, 1997. - 13с. - Библ.8 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ, 16.05.97; №163б-В97.

3. Матвейкина Ж.В., Крамаренко А.Н., Семенихин A.M., Щербина В.И. Результаты некоторых закономерностей уплотн: --мя кормов/ Азово-Черномор. гос. агроинж.академия. - Зерноград, 1997. - 11с. -Библ. 2назв. - Рус. г Деп. в ВИНИТИ, №1639-В97.

4. Разработать теорию формирования упорядоченных кормовых монолитов: Отчет г НИР (заключительный)/ АЧГАА; Семенихин AJVL, Рыбченко А.Е., Загоруйко Е.Е № ГР 01970001342, иив.№02970000766. - Зерноград, 1997. - 71с.

5. Разработать научные основы создания высокоэффективных экологически чистых автоматизированных технологических процессов производства с.-х. продукции и технических средств для их реализации с использованием микропроцессорной техники: Отчет о НИР/ АЧГАА; Семенихин A.M., Симонов Н.М. и др. - №ГР 018800514459, инв.№02890011034. - Зерноград, 1998. -62с.

6. Семеьихин A.M. Особенности деформации силосных монолитов на стадии eoocTBtfiHa уплотчения (эффект "гладкого льда")/ Азово-Черномор. гос. агроиижлкадемил. - Зерноград, 1998. - 8с. - Библ. 4назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ 25.08.98, №2692-398.

7. Семеиихин A.M. Стадии и механика уплотнения силосных монолитов/ Азово-Черномор. гос. агроинж.академия. - Зерноград, 1998. -15с. - Библ. 7 назв. - Рус. - Деп. в ВИНИТИ 25.08.98, №2693-В98.

8. А.С.481503 СССР В65 25/04 Штанговый конвейер/ И.П.Арбузов, А.Н.Крамаренко, А.М.Семенихин, В.И.Фирсов. - №1676802/27-11; Заявл.02.08.71; 0публ.25.08.75, Бюл.№31.

9. А.С.550145 СССР А01 87/00 Устройство для подачи корма из стогов

и скирд в транспортные средства/ Н.П.Алсксенко, А.Н.Крамаренкс А.М.Семенихин. Л.И.Хворостянов. - №2135015/15; Заявл.16.05.75 Опубл.15.03.77, Бюл№1С.

40. А.С.677718 СССР А01 87/00, А01 29/00 Рабочий орган погрузчик-кормов/ М.М.Магомедов, А.М.Семенихин, Н.П.Алексепко ] Л.И.Хвористянов.- №25л 8049/30-15; Заявл.22.11.77; 0публ.05.08.75 Бюл.№29.

41. А.С.757414 СССР В65 25/08 Штанговый конвейер/ АЛ.Крамаренкс А.М.Семешшш, В.И.Фирсов. - №2516380/29-03; Залвл.16.08.77 0публ.23.08.80, Бюл.№31.

42. A.C.10)4516 СССР А01 25/00 Способ закладки силосуемой массы i горизонтальные хранилища и устройство для его осуществления Н.П.Алексепко, СА.Белоконов, Е.Е.Загоруйко, В.ЕЛарасоцкий

A.М.Семенихин, Л.И.Хворостянов. - №3004005/30-15; Заявл 17.11.80; Опубл.30.04.83, БюлЛг 16.

43. A.C.1166727 СССР А01 25/16 Агрегат для приготовления силоса i траншеях/ С.А.Белоконов, А.В.Гвоздев, Е.Е.Загоруйко

B.Е.Парасоцкий, А.Е.Рыбченко и А.М.Семенихин. - №3692153/30 15; Заявл. 18.01.84; Опуб \ 15.07.85, Бюл.№26.

44. A.C. 1423047 СССР А01 25/16 Уплотнитель силоса/ СА.Белоконов Е.Е.Загоруйко, В.Е.Парасоцкий, А.Е.Рыбченко и А.М.Семенихин. №4137954/30-15; Заявл.22.10.86; Опубл. 15.09.88, Бюл.№34.

45. A.C. 1561892 СССР А01 2S/18 Уплотнитель силоса/ СА.Белоконов Е.Е.Загору йко, В.Е.Парасоцкий, А.Е.Рыбченко и А.М.Семенихин. • №4367571/31-15; Заявл.20.01.88; 0публ.07.05.90, Бюл_№17.

46. A.C. 1565392 СССР А01 87/00, А01 29/00 Устройство для подач] .корма из стогов и скирд в транспортные средства/ Н.П.Алексепко А.М.Семенихин, Н.Н.Старушко и М.М.Магомедов. - №4460817/30 15; Заявл. 15.07.88;0публ.23.05.90, БюлЛЬГл

47. A.C. 1598914 СССР А01 25/16 Е01 С19/34 Уплотнитель силоса

A.Е.Рыбченко и А.М.Семенихин. - №4414025/30-15; Заявл.21.04.88 О публ.15.10.90, Бюл.№38.

48. A.C. 1702933 СССР А01 25/16 Уплотнитель силоса/ Е.Е.Загоруйко

B.Е.Парасоцкий, А.Е.Рыбченко и А.М.Семенихин. - №4649735/15 Заявл. 13.02.89; 0публ.07.01.92, Бюл.№1.

49. A.C. 1743464 СССР А01 25/16, Е01С19/34 Уплотнитель силоса Е.Е.Загоруйко, А.Е.Рыбченко и А.М.Семенихин. - №4872613/15; За явл.11.10.90; 0публ.30.06.92, Бюл.№24.

50. A.C. 1762868 СССР A23K3/00 Способ консервирования зелено? массы растений/ ' Н.М.Симонов, Е.И.Резник, О.П.Ромашин О.СМарченко, А.Ф.Фазакко, А.М.Семештхтш, АА.Воронков i



■ д .л ; аута степе.^ДОКх С

Диссертация Семенихина Александра Михайловича, защищена на заседании диссертационного совета Д 020.36.01 во Всероссийском научно-исследовательском и проектно-технологическом институте механизации и электрификации сельского хозяйства 27 ноября 1998г. протокол №70.

Ученый секр диссоветаД канд. техн. ст. науч. со

В.Ф.Хлыстунов

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

АЗОВО-ЧЕРНОМОРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АГРОИНЖЕНЕРНАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

СЕМЕНИХИН АЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ

МЕХАНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПРОИЗВОДСТВА СИЛОСА В ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ХРАНИЛИЩАХ

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора технических наук

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного

производства

Зерноград 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................... 8

1. ПОСТАНОВКА ПРОШЕНЫ, ЦЕШЬ й ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ...........13

1.1. Кормовая база молочного и мясного скотоводства ...... 13

1.2. Историческая справка ................................ Хб

1.3. Сущность и значение силосования.....*............... 17

1.4. Технические аспекты технологии ...................... 20

1.5. Экономико-технологические предпосылки выбора

хранилищ ............................................23

1.6. Механизация производства силоса. Поточные линии ..... 26

Х.7. Формирование, уплотнение и герметизация монолитов ... 35

1.8. Разгрузка горизонтальных силосохранилищ ............. 42

1.9. Физико-механические свойства сырья и монолитов ...... 50

1.10. Цель и задачи исследования .........................56

2. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.............................57

2.1. Программа и общая методика исследования ............. 57

2.2. Фракционный состав» плотность и влажность» коэффициенты трения..................................... 58

2.3. Сопротивление резанию, разрыву и сдвигу ............. 65

2.4. Вспучивание отделенного корма .......................75

2.5. Поведение формируемых монолитов под действием

внешних нагрузок .................................... 77

2.6. Свободная поверхность ............................... 85

2.7. Пористость формируемых монолитов .................... 89

ВЫВОДЫ .................................................98

3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕЩСТВ ПРОИЗВОДСТВА

СИЛОСА В ГСХ ............................................. 99

3.1. Мобильные распределители-трамбовщики................ 99

3.2. Стационарны© схемы переноса рабочих органов..........104

3.3. Предварительная оценка конструкций отделителей ..........110

3.4. Экспериментальная проверка показателей оценки ............118

3.5. Технологические возможности отделителей ................126

3.6. Встречная схема фрезерования ..............................................136

3.7. Дисковый отделитель ..........................................................140

3.8. Шнековый отделитель-транспортер........................................142

3.9. Экспериментальная проверка условий и границ измельчения ...............................................................................148

ВЫВОДЫ...............................................................154

4. ФОРМИРОВАНИЕ МОНОЛИТОВ.........................................................155

4.1. Техника силосования и дефекты технологии......................155

4.2. Традиционный способ................................................................157

4.3. Распределительные воздействия мобильных трамбовщиков.....................................................................166

4.4. Формирование упорядоченных монолитов ........................170

4.5. Поток со свободной траекторией ..........................................177

4.6. Взаимодействие потоков ...............................182

4.7. Деформация монолитов .............................................................186

4.8. Колебательные процессы.................................................200

ВЫВОДЫ................................................206

5. КИНЕМАТИКА И ГЕОМЕТРИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ....................................207

5.1. Некоторые предпосылки к рассмотрению вопросов ............207

5.2. Траектории рабочих органов ..................................................210

5.3. Кривизна и кручение. Нож общего положения ........... 215

5.4. Геометрия и параметры границ и поверхностей

выработок .............................................228

5.5. Экспериментальная проверка кинематических и геометрических параметров.................................240

5.6. Регулирование степени измельчения ................... 245

ВЫВОДЫ.................................................249

6. АНАДИЗ РАБОТЫ ОТДШШШЕЙ................................250

6.1. Рабочие элементы отделителей ..............................................250

6.2. Анализ усилий на режущих ножах ............................................251

6.3. Экспериментальное определение усилий................260

6.4. Анализ усилий на штифтах и планках ..............................266

6.5. Экспериментальное определение усилий на. штифтах.....279

ВЫВОДЫ .................................................297

7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ, ЗАВИСИМОСТЕЙ й ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ...........298

7.1. Экспериментально-производственная база .............. 298

7.2. Общая программа и методика полевого эксперимента .... 300

7.3. Заполнение хранилищ. Распределение массы и формирование монолитов..................................... 306

7.4. Упорядочение и уплотнение традиционных монолитов .... 323

7.5. Отделение силоса (сенажа) от монолитов ..............334

8. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИИ И К0МШ1ЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕЩСТВ да ПРОИЗВОДСТВА СИДОСА В ГСХ...........345

8.1. Расчет экономической эффективности технологии и комплекса технических средств.......................346

8.2. Методика расчета экономической эффективности ........ 347

8.3. Расчет показателей эффективности .................... 350

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ................................................353

ЛИТЕРАТУРА ..................................................358

ПРИЛОЖЕНИЕ I. A.C. № I0I45I6 "Способ закладки силосуемой массы в горизонтальны© хранилища и устройство для его осуществления" ......................*..........................391

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. A.C. № 1762868 "Способ консервирования зеленой массы растений" .........................................392

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. A.G. № I8I3354 "Способ уплотнения силосуемой

массы" ......................................................393

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Функциональная схема машинного обеспечения

технологии производства силоса .............................. 394

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Общая факторная характеристика механизированной технологии производства силоса и сенажа ................. 395

ТАБЛИЦА I. Общая характеристика основных силосных культур

Юга России .................................................. 396

ТАШШЦА 2. Физико-механические свойства зеленой массы .......397

ТАБЛИЦА 3. Физико-механические свойства силоса (сенажа) ..... 398

ТАБЛИЦА 4. Деформации пристенного слоя в окрестности мобильного трамбовщика ............................................399

ТАШШЦА 5. Упруго-вязкие свойства монолитов, формируемых

"навалом" ......*......*.....................................400

ТАБЛИЦА 6. Режимно-технологические параметры монолитов в

процессе заполнения ГСХ.....................................401

ТАБЛИЦА 7. Оценка границы прочности силосных монолитов ...... 402

ТАБЛИЦА 7.1. Анкета экспертной оценки и ранжирования мобильных трамбовщиков ........................................ 403

ТАБЛИЦА 8. Матрица рангов... моб.трамбовщиков ............... 404

ТАБЛИЦА 9. Факторы, определяющие параметры рабочих органов средств механизации ГСХ.....................................405

ТАШШЦА 10. Факторы процесса отделения корма от монолита .... 406 ТАШШЦА II. Матрица рангов и алгоритм расчета коэффициента

конкордации (плоский отделитель) ............................ 407

ТАШШЦА 12. Матрица рангов и алгоритм расчета коэффициента

конкордации (контурш.отдел.) ................................408

ТАШШЦА 13. Матрица рангов и алгоритм расчета коэффициента

конкордации (фрезбарабан) ................................... 409

ТАШШЦА 14. Центральный композиционный план (2Л+ + 410

ТАШШЦА 15. Результаты реализации плана (/2» 5) ............411

ТАБЛИЦА 16. Результаты реализации плана (2 +2п+ /2©)......413

ТАБЛИЦА 17. Результаты реализации плана {2^ +2П. + /г©).....

расчет параметров оптимизации ............................... 414

ТАБЛИЦА 18. Алгоритм расчета сумм произведений ... и

^ - критерия.............................................. 415

ТАШШЦА 19. Алгоритм расчета сумм произведений ... значимости коэфф.регрессии и Р - критерия (компромиссная задача).... 419 ТАШШЦА 20. Изменение удельного сопротивления резания

(кН/м) в круговом движении..................................423

ТАШШЦА 21. Посуточная температура 1°С в технологических

зонах силосования........................................... 424

ТАШШЦА 22. Результаты измерений усилий и расходов топлива

в условиях эффекта "гладкого льда" .......................... 425

ТАШШЦА 23. Результаты траекторных измерений контрастных

частиц......................................................426

ТАШШЦА 24. Температура аэробного разложения силоса после вскрытия хранилища разл.способами ........................... 427

РИСУНКИ ПРИЛОЖЕНИЯ: Рис. 1-2 ..............................428

Рис. 29-30 .............................. 443

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Расчет технико-эксплуатационных показателей.... 444 Копии авторских свидетельств

A.C. № 48X503 "Штанговый конвейер" ..........................451

A.G. № 550145 "Устройство для подачи корма из скирд в транспортные средства" ..........................................452

A.C. № 677718 "Рабочий орган погрузчика кормов"..............453

A.C. № 757414 "Штанговый конвейер" ..........................454

A.C. № I166727 "Агрегат для приготовления силоса в траншеях". 455

A.C. № 1423047 "Уплотнитель силоса" .........................456

A.C. № I56I892 "Уплотнитель силоса" .........................457

A.C. № 1565392 "Устройство для подачи корма из стогов и

скирд в транспортные средства" ..............................458

A.C. № I5989I4 "Уплотнитель силоса" .........................459

A.C. № 1702933 "Уплотнитель силоса" .........................460

A.C. № 1743464 "Уплотнитель силоса" ..........................461

A.C. № 1777696 "Силосоуборочный комбайн"......................462

ВВЕДЕНИЕ

Анализ мирового и отечественного опыта развития животноводства показывает, что только в условиях высокого уровня обеспеченности ферм современными машинами возможна реализация генетического потенциала животных и птицы. Без применения оптимальных машинных технологий, высокоэффективных комплектов машин и поточных линий невозможно решение жизненно важных проблем современного животноводства.

Ускорение создания, производства и применения новой техники - одно из приоритетных направлений аграрной политики в условиях перехода к рыночной экономике и многоукладности хозяйствования /I/.

Современная аграрная наука исходит из принципа - интенсификация, как основное направление развития АПК в целом» не имеет

Суть интенсификации состоит в том, чтобы с каждого гектара земли, каждого животного или иного объекта получить больше продукции с минимальным использованием ресурсного потенциала /2/.

Таков всеобщий принцип всех цивилизованных стран, в этом направлении должны формулироваться основные положения исследований на путях решения задач агроинженерной науки в области механизации животноводства и кормопроизводства /3/.

В последние года одной из ведущих отраслей АПК становится высокопродуктивное скотоводство и проблема производства качественных объемистых кормов - сена, сенажа, силоса, совершенствования технологии и технических средств приобретает большое значение. В ряду с гранулированием, брикетированием, влажным фракционированием и высокотемпературной сушкой приоритетной остается технология силосования /4-9/.

Так,только в пяти государствах (Россия, США, Англия, Франция и Германия) производство объемистых кормов приблизилось к миллиарда тонн ж возрастает по мере совершенствования техники консервирования /10,11/.

Ведутся обширные исследования, направленные на совершенствование технологии производства силоса и сенажа, улучшения качества и снижения потерь.

Накоплен значительный опыт по обоснованию сроков уборки, химическому и естественному подвяливанию, применению консервантов, внбору типа и емкости хранилищ /12-43/.

Интерес к этой технологии в еще большей степени возрастает в связи с низкой энергоемкостью, универсальностью и возможностью создания переходящих запасов кормов при круглогодовом скармливании силоса и сенажа на обширной территории России /44-51/.

Основными звеньями механизированной технологии, позволяющей реализовать потенциальные возможности естественного консервирования, являются технические средства для заполнения хранилищ, уплотнения монолитов и разгрузки, обеспечивающие, оптимальное протекание биохимических процессов.

Вопросам создания таких механизмов и рабочих органов посвящены работы основоположников земледельческой механики В.П.Горяч-кина, В.А.Желиговского, М.Н.Летошнева, Е.М.Гутьяра. Дальнейшее развитие эти идеи получили в трудах Н.В.Сабликова, В.А.Зуева, С.ЖМельникова, Ю.Ф.Новикова, Е.И.Храпача, А.А.Омельченко, В.И.Фомина, Г.М.Кукты. Вопросы уплотнения сено-соломистых материалов получили развитие благодаря работам Й.П.Безручкина, А.И.Нелюбова, Е.П.Мельникова, М.А.Пустнгина, В.И.Особова, И.А.Долгова, С.А.Алферова, И.Я.Автомонова, П.Т.Колесникова, В.В.Красникова; разрушения монолитов - отделения при разгрузке - благодаря

работам Н.М.Лукашевича, Н.П.Волосевича, В.Г.Кобы, В.Д.Ткача,

A.А.Кутлембетова, А.Н.Крамаренко, В.П.Иванова, Г.И.Ермохина,

B.Д.Тимонина, Д.И.Хворостянова, Н.П.Алексенко, П.Д.Сокольника, А.А.Воронкова, В.М.Игнатова, И.К.Текучева, А.Г.Залыгина, В.П.Белова, М.М.Магомёдова и др., а также Й.Влажена (ЧР) и П.Питера (США).

Значительно меньше работ посвящено процессам заполнения хранилищ, определяющих время формирования анаэробных условий, гарантирующих нормальное протекание биологических процессов, поэтому в целом, полученные ранее результаты не позволяют существенно совершенствовать технику производства силоса и сенажа в горизонтальных хранилищах.

Разработка теории процессов и рабочих органов для их реализации, создание технических средств заполнения хранилищ, уплотнения монолитов и разгрузки готового корма в соответствии с биологическими требованиями представляют собой сложную научно-техническую проблему» к решению которой были привлечены БНЙПГИМЭСХ, ВНИИЖивмаш, ВИМ, ВНИИКОМЖ, ВИЭСХ, ЦНИ1ГГШЭЖ, НИИМЭСХ СЗ, ВНИИМЖ, ряд ГСКВ и ГЭКИ, вузы и ведущие специалисты в области сельскохозяйственной техники и технологии.

Поэтому цель настоящей работы состояла в обосновании процессов и технических средств технологии естественного консервирования в горизонтальных хранилищах.

В результате проведенных исследований были впервые:

- сформулированы основы теории формирования и уплотнения силосных монолитов с заданными технологическими свойствами;

- предложены новые способы формирования и уплотнения монолитов, отвечающие микробиологии консервирования, обеспечивающие их высокую начальную плотность, минимальную пористость и прочность;

- обоснованы показатели доконструктивной оценки технических средств и рабочих органов механизированно! технологии;

- сформулированы основы теории и расчета рабочих органов и процессов взаимодействия их с монолитами и исходным сырьем, что позволило:

- создать совместно о ВШПТИМЭСХ и ВНШЖивмаш макеты и изготовить опытную партию электрифицированных погрузчиков силоса и сенажа ПСЭ-20;

- разработать размерный ряд отделителей, один из которых был реализован на серийном погрузчике ПСС-5,5, созданном до плану МИЕжийяаша ГСЖБ завода "Орелживмаш" (позиция 1.1.2.16 Системы

- создать производственные образцы стационарных электрифицированных разгрузчиков траншей ПСТ-30, рекомендованных техсове-том МСХ СССР для внедрения во всех зонах страны (позиция I 1.2.17 Системы машин)

- внести, совместно с ЦНИПТИМЭЖ, в проект системы машин раздел экспериментальных разработок, предложение о создании и постановке на серийное производство электрифицированных комплексов для ГСХ в стационарных системах кормоприготовления .. различной мощности;

- включить предложенные технические решения совместно с ВЙМ и ВШИЖивмаш в конкурсные проекты "Говядина - 2000", "Ферма-автомат", "Фермер", "УЭС-250 "Полесье" и создать на их основе совместно с ВЙМ и ВНййЖивмаш опытный погрузчик стебельных кормов У1Ж-60 к УЭС - "Полесье".

- произвести модернизацию, совместно с ВШИЖивмаш, рабочих органов серийных навесных погрузчиков ПСК-5М, ФН-1,4; ПС-Ф-6.

Реализация полученных результатов в отрасли позволит на

11-14 процентов снизить общие потери корма, что равнозначно дополнительному производству 18+24 миллионов тонн силоса и сенажа и получению, в пересчете на мясо свинины и говядиш (в соотношении для Юга России) 1-1,25 млн.тонн, экономить ежегодно 1,2 млн. тонн условного топлива, снизить потребность в рабочей силе в период заготовки силоса и сенажа на 250-280 тыс.человек и на разгрузке - 110-120 тыс.человек в течение всего стойлового периода.

Исследование по изложенно! проблеме выполнено в период с 1971 по 1995 года в Азово-Черноморском институте механизации сельского хозяйства.

Ряд положений и рабочих гипотез, по данной проблеме подтверждены в исследованиях Н.П.Алекеенко, А.И.Хворостянова, М.М.Магоме-дова, В.Е.Парасоцкого, Ю.А.Батшцева, В. У. Хажмончика, А.Е.Рыб-ченко. Е.Е.Загоруйко, С.А.Белоконова, выполненных совместно с автором и под его научным руководством.

I. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Кормовая база молочного и мясного скотоводства

На обширной территории России успешное развитие молочного и мясного скотоводства связано, прежде всего, с уровнем производства высококачественна: объемистых кормов - сена, сенажа ж силоса.

По данным академика И.А.Даниленко,основными кормовыми культурами развито! животноводческой зоны Лесостепной и Степной Украины, ЦЧО, йеной зоны РФ, Молдавии являются кукуруза на силос ж зеленый корм (41 процент), однолетние и многолетние травы (8,7 процента), солома и стебли из кукуру�