Анализ технических характеристик машин для ворошения и вспушивания скошенной травы. Определение закономерностей изменения технологических параметров от ширины захвата (массы машины, потребной мощности, производительности за час основного времени работы).
Для образования рыхлых, хорошо аэрируемых валков и перемещения нижних слоев скошенного стеблестоя на поверхность прокоса нашли широкое применение ротационные рабочие органы, входящие в конструкцию ворошилок и граблей с различными технологическими параметрами (ширина захвата, производительность, потребляемая мощность, масса машины). Для систематизации многочисленных образцов этих машин целесообразно определить закономерности изменения технологических параметров, классифицировать типаж и объемы выполнения работ в агротехнические сроки по ворошению и сгребанию травы в валок. Существуют машины для ворошения и вспушивания скошенной травы в прокосах, освоенные промышленностью Республики Беларусь и заводами в советское время, а также производство ведущих зарубежных фирм, техническая характеристика которых приведена в табл. Анализируя технические характеристики приведенных машин, которые являются их технологическими параметрами, определили закономерности изменения массы, потребной мощности и производительности за час основного времени от технологического параметра ширины захвата, который предложен для классификации типажа рассматриваемых машин. Зависимость от ширины захвата, массы ворошилок-вспушивателей имеет параболическую формулу и выражается следующей эмпирической формулой (рис.1, а): , (1) где - масса ворошилки-вспушивателя, кг; - ширина захвата, м; - эмпирический показатель, имеющий размерность кг/м и равный 39; - эмпирический коэффициент безразмерный и равный для ворошилок-вспушивателей 1,6.Для определения закономерностей изменения технологических параметров от ширины захвата (массы машины, потребной мощности и производительности за час основного времени работы) проанализированы основные технические характеристики освоенных промышленностью ворошилок и граблей советских времен, Республики Беларусь и ведущих фирм дальнего зарубежья. С учетом эксплуатационно-технических, природно-климатических параметров машин и организационных условий хозяйств Республики Беларусь определены эмпирические формулы для расчета размеров площадей полевой сушки трав в зависимости от ширины захвата ворошилок (7) и граблей (8).
Введение
В технологических процессах приготовления из трав сена и сенажа требуется после скашивания снизить влажность с 80-85% до 18-20 и 40-50% соответственно. При этом, чем быстрее проходит этот процесс, тем меньше потери питательных веществ и урожая, так как известно, что каждый последующий день после скашивания при нахождении травы в поле приводит к потерям до 4% в результате продолжающихся биологических процессов жизнедеятельности тканей растений [1].
Для сокращения продолжительности нахождения травы в поле после скашивания применяют ее ворошение, вспушивание, сгребание в валки и при необходимости их оборачивание. Этими операциями создают рыхлую укладку скошенного стеблестоя, хорошо проветриваемую для ускорения влагоотдачи, а сгребанием стеблестоя в валки и их оборачиванием при необходимости обеспечивается лучшее воздействие солнечных лучей на стеблестой для ускорения его сушки.
Для ускорения процесса влагоотдачи в зоне повышенного увлажнения, к которой относятся многие хозяйства Республики Беларусь, в период уборки скашивать травы целесообразно в прокосы и после достижения влажности травы 55-60% сгребать в валки, что позволяет почти в 1,5-2,0 раза ускорить процесс сушки в сравнении с сушкой в валках, образованных сразу после скашивания [2]. Траву в прокосах целесообразно ворошить, когда влажность нижних слоев растительной массы превысит 10-15% влажности верхних слоев. Ворошение, как правило, выполняют широкозахватными ворошилками-вспушивателями, которые в зарубежной практике имеют широкое распространение. На ворошении травы возможно применение граблей-ворошилок, валкообразователей, но они на этой операции малопроизводительны по сравнению с ворошилками-вспушивателями. Грабли-ворошилки, валкообразователи и валкователи целесообразно использовать на формировании валков или их оборачивании.
Во второй половине двадцатого века механизации процесса полевой сушки скошенных трав было уделено особое внимание [3]. Промышленностью многих стран было освоено многообразие машин в конструктивном исполнении с различными технологическими параметрами ротационных агрегатов для ворошения и сгребания травы в валок. Они заменили в производственных условиях для заготовки кормов поперечные, боковые и колесно-пальцевые грабли, которые или совсем были непригодны для ворошения травы в прокосах, или выполняли эту операцию недостаточно качественно.
Для образования рыхлых, хорошо аэрируемых валков и перемещения нижних слоев скошенного стеблестоя на поверхность прокоса нашли широкое применение ротационные рабочие органы, входящие в конструкцию ворошилок и граблей с различными технологическими параметрами (ширина захвата, производительность, потребляемая мощность, масса машины). Для систематизации многочисленных образцов этих машин целесообразно определить закономерности изменения технологических параметров, классифицировать типаж и объемы выполнения работ в агротехнические сроки по ворошению и сгребанию травы в валок.
Анализ источников. Существуют машины для ворошения и вспушивания скошенной травы в прокосах, освоенные промышленностью Республики Беларусь и заводами в советское время, а также производство ведущих зарубежных фирм, техническая характеристика которых приведена в табл. 1 [4, 5, 6].
Таблица 1. Техническая характеристика ворошителей- вспушивателей зарубежных фирм
Наименование Ширина захвата, м Потребная мощность, КВТ Масса, кг Производительность за час основной работы, га
Ворошилка ротационная модульная ВРМ-Ф-7,5 7,5 37,0 875 до 9,0
Ворошилка-вспушиватель ВВР-7,5 7,5 37,5 1230 8,3
Ворошилки-вспушиватели зарубежных фирм: CLAAS: Volto-450Н 4,5 22,0 442 5,4
540Н 5,4 27,0 494 6,5
550HR 5,4 27,5 597 6,5
640Н 6,4 32,0 730 7,7
640HR 6,4 32,5 770 7,7
740Н 7,4 37,0 805 8,8
740HR 7,4 37,5 845 8,8
750 7,5 37,5 636 8,9
KRONE: KW 4,45 4,45 22,0 425 5,3
KW 5,25 5,25 25,2 475 6,3
KW 550 5,5 27,5 640 6,6
KW 670 6,7 33,5 800 8,0
KW 770 7,7 38,5 890 9,24
KW 850 8,5 425 1100 10,2
KWT 770 7,7 38,5 1050 9,24
KWT 850 8,5 42,5 1200 10,2
KW 10.50 10,5 52,5 1500 12,6
STOLL: Z585 5,8 29,0 610 6,96
Z685 6,9 32,0 870 8,28
Z765 7,6 38,0 890 9,12
В колонках 3 и 5 показатели для машин дальнего зарубежья расчетные
Аналогично основные показатели технической характеристики граблей-ворошилок и граблей-валкообразователей (валкователей) приведены в табл. 2 [4, 5, 7]. Анализируя технические характеристики приведенных машин, которые являются их технологическими параметрами, определили закономерности изменения массы, потребной мощности и производительности за час основного времени от технологического параметра ширины захвата, который предложен для классификации типажа рассматриваемых машин.
Таблица 2. Техническая характеристика граблей-ворошилок и граблей-валкообразователей отечественных и зарубежных фирм
Наименование Ширина захвата, м Потребная мощность, КВТ Масса, кг Производительность за час основной работы, га
Грабли-ворошилки: ГВЦ-3: на ворошении на сгребании 3,30 3,14 6,1 8,9 330 3,10 2,99
ВЦН-Ф-3: на ворошении на сгребании 3,30 3,20 6,2 9,0 420 3,30 2,60
ВРН-4,2: на ворошении на сгребании 4,20 4,10 7,7 11,9 1200 4,20 4,00
ГВР-6Б: на ворошении на сгребании 6,0 5,9 11,0 17,0 950 7,0 5,2
ГВБ-6,2: 6,2 19,8 1990 6,6
Грабли-волкователи ГВЦ-6,6 6,6 21,3 1720 6,7
Грабли-валкоукладчики зарубежных фирм:CLAAS (LINER): 390С 2,98 9,4 510 3,28
4300С 3,28 10,4 553 3,45
470С 3,65 11,5 640 4,0
780 6,8 21,4 1433 7,5
780L 7.6 24,0 1560 8,4
1550 5,65 17,8 1680 6,2
1550 TWIN 7,5 23,7 1775 8,2
KRONE: KS 3,45/10 3,4 10,7 440 3,7
KS 3,85/12 3,8 12,1 470 4,2
KS 4,2/13 4,2 13,8 610 4,6
KS 4,6/13 4,6 14,5 640 5,0
KS 6,21 6,2 19,6 1400 6,8
KS 6,81 6,8 21,5 1400 7,5
KS 14,01 13,0 41,1 1600 14,3
KS 13,00 13,0 41,9 1700 14,3
KVERNELAND: ТА-751 3,8 12,0 350 4,2
ТА-942 4,2 13,8 470 4,6
ТА-752 4,5 20,2 690 4,9
ТА-753/С 7,5 23,0 2,50 8,2
STOLL: R1400S 6,2 19,6 940 6,8
DRIVE 781 7,40 23,3 1510 8,1
DRIVE 782 7,4 23,4 1720 8,1
JOHN DEERE: А300G 3,2 10,1 271 3,5
А300GM 3,2 10,2 280 3,5
А381GM 3,8 12,0 432 4,2
GA402N 4,0 12,6 332 4,4
FELLA: TS286DS 3,0 9,5 216 3,3
TS286DN 3,0 9,5 218 3,3
TS350DS 3,5 11,1 378 3,8
TS350DN 3,5 11,2 400 3,8
TS390DN 3,8 12,1 440 4,2
TS425DN 4,2 13,3 585 4,6
TS455DN 4,5 14,2 620 5,0
TS390RDF 3,8 12,1 483 4,2
TS340T 3,5 11,1 388 3,8
YLO: KP420 4,6 14,5 470 5,0
RH420 8,8 27,8 490 9,7
JF-LMB: CR320 3,2 10,1 325 3,5
Примечание: в колонках 3 и 5 показатели для машин зарубежных фирм расчетные
Методы исследования.
Графоаналитическим методом [8] определены эмпирические выражения зависимости массы, потребной мощности и производительности за час основного времени, а также с учетом природно-экономических и организационных условий хозяйственной деятельности классифицированы машины и предложен метод расчета потребного типажа машины для условий конкретного хозяйства.
Основная часть.
На основании анализа технических характеристик машин для ворошения и вспушивания скошенной травы (табл. 1) определены зависимости изменения от ширины захвата массы машины, потребной мощности и производительности за час основного времени работы, которые являются основными технологическими параметрами машин.
Они необходимы для технологических и технико-экономических расчетов при конструировании новых образцов и потребности существующих машин для конкретных условий хозяйств. Эти зависимости в графическом исполнении приведены на рис.1 (а, б, в).
Рис. 1. Зависимости от ширины захвата ворошилок-вспушивателей: а) массы; б) потребной мощности; в) производительности за час основного времени работы трава ворошение машина вспушивание
Условные обозначения: -х- - машины советского и отечественного производства; -0- - машины производства фирм дальнего зарубежья
Зависимость от ширины захвата, массы ворошилок-вспушивателей имеет параболическую формулу и выражается следующей эмпирической формулой (рис.1, а): , (1) где - масса ворошилки-вспушивателя, кг; - ширина захвата, м; - эмпирический показатель, имеющий размерность кг/м и равный 39; - эмпирический коэффициент безразмерный и равный для ворошилок-вспушивателей 1,6.
Потребная мощность для выполнения процесса ворошения трав имеет прямолинейную зависимость от ширины захвата машины (рис. 1, б) и выражается следующей эмпирической формулой: , (2) где - потребная мощность на привод ворошилки, КВТ; - ширина захвата ворошилки, м; - эмпирический показатель, имеющий размерность и равный 5.
Прямо пропорциональную зависимость имеет производительность за час основного времени (рис. 1, в) от ширины захвата машины и выражается следующей эмпирической формулой: , (3) где - производительность за час основного времени, м2; - ширина захвата, м; - эмпирический показатель, имеющий размерность в метрах и равный 12,5, а при пересчете на гектар - 1,25.
Графически зависимость от ширины захвата граблей-ворошилок и граблей-валкообразователей приведена на рис. 2.
Рис. 2. Зависимость от ширины захвата граблей-ворошилок и валкообразователей: а) массы; б) потребной мощности; в) производительности за час основной работы;
г) обрабатываемой площади ворошилками - 1; граблями - 2
Условные обозначения: -0--- - машины советского и отечественного производства;-х-- - машины производства фирм дальнего зарубежья
Зависимость технологического параметра массы граблей от ширины захвата имеет параболическую форму (рис. 2, а) и выражается следующей эмпирической формулой: , (4) где Рг - масса граблей, кг; Вг - ширина захвата, м; аг - эмпирический показатель, имеющий размерность кг/м и равный 22,4; вг - эмпирический коэффициент безразмерный и равный 2,4.
Потребная мощность (рис. 2 б) прямо пропорциональна ширине захвата машины и выражается следующей эмпирической зависимостью: , (5) где - потребная мощность, КВТ; - ширина захвата, м; - эмпирический показатель, имеющий размерность КВТ/м и равный 3,3.
Производительность граблей-ворошителей и валкообразователей имеет также прямо пропорциональную зависимость и выражается следующей эмпирической формулой: , (6) где - ширина захвата граблей, м; - эмпирический показатель, имеющий размерность в метрах и равный 11,103, а при пересчете на гектар - 1,1.
Для определения размеров площади, на которой машины выполняют работы по полевой сушке трав, в агросрок за 15 календарных дней принимаются допущения, что работы проводятся в самых неблагоприятных погодных условиях, когда после двух дней хорошей погоды на третий день выпадают осадки. Тогда при восьмичасовой смене грабли и ворошилки работают в загоне 5 часов; ворошилки-вспушиватели применяются один раз, а грабли-ворошилки и валкообразователи работают на одной и той же площади два раза (сгребание и оборачивание валков после дождей). Эксплуатационная производительность определяется умножением на коэффициент 0,7 производительности за час основного времени. При этом учитывается коэффициент использования ширины захвата машины, технические уходы, возможные ремонты, переезды, повороты, отдых и прочие организационные остановки.
С учетом приведенных допущений, а также используя уравнение (3), определены размеры площади, обрабатываемой ворошилкой-вспушивателем за агросрок, а графическая зависимость от ширины захвата приведена на рис. 2 г. Она представляет прямо пропорциональную зависимость от ширины захвата и выражается следующим эмпирическим уравнением: , (7) где - размер обрабатываемой ворошилкой-вспушивателем площади скошенных трав в течение агротехнического срока, га; - ширина захвата ворошилки, м; - эмпирический показатель, имеющий размерность га/м и равный 64.
Учитывая многообразие моделей ворошилок-вспушивателей, их целесообразно классифицировать по ширине захвата. С увеличением ширины захвата изменяются технологические параметры (масса, потребляемая мощность, производительность) и конструктивные параметры, обеспечивающие передачу к рабочим органам повышенной мощности и повышенной прочности конструкции изза увеличения массы машины. Однако конструктивное исполнение рабочих органов, принцип работы и агрегатирование с трактором в основном остаются неизменными. Поэтому предлагается классифицировать ворошилки, начиная от ширины захвата 4,0 м (так как меньшей ширины захвата практически нет) через интервал в 1,5 м. Тогда к 1 классу необходимо отнести ворошилки шириной захвата от 4,0 до 5,5 м, кл. 2 - 5,6-7,1, кл. 3 - 7,2-8,7, кл. 4 - 8,8-10,3 и кл. 5 - 10,4-11,9 метров.
В табл. 3 приведены расчеты по уравнению (7) размеров обрабатываемой ворошилкой площади за агросрок с учетом природно-хозяйственных условий в зависимости от ширины захвата и класса ворошилок.
Таблица 3. Зависимость от ширины захвата и класса ворошилок-вспушивателей размеров обрабатываемой площади
Наименование Показатели
Ширина захвата, м 4,0-5,5 5,6-7,1 7,2-8,7 8,8-10,3 10,4-11,8
Классификация ворошилок, класс 1 2 3 4 5
Размер обрабатываемой площади, га 256-352 358-454 461-557 563-659 666-762
Аналогично определены размеры площади скошенных трав, обработанных граблями-ворошилками и валкообразователями с учетом уравнения (6) и работы граблей на одной площади по сгребанию и оборачиванию валков, т.е. два раза.
Зависимость размеров площади от ширины захвата граблей представлена в графическом виде на рис. 2, г. Она имеет прямо пропорциональную зависимость и определяется следующей эмпирической формулой: , (8) где - размер площади, обрабатываемой граблями, га; - ширина захвата, м; - эмпирический показатель, имеющий размерность га/м и равный для граблей 47.
Аналогична ворошилкам приведена классификация граблей валкообразователей с делением на пять классов с интервалом ширины захвата 1,5 метра, начиная с ширины захвата 3 м: 1 класс - 3,0-4,5; кл. 2 - 4,6-6,1; кл. 3 - 6,2-7,7; кл. 4 - 7,8-9,3; кл. 5 - 9,4-10,9.
В табл. 4 приведены расчеты по уравнению (8) размеров обрабатываемой граблями-ворошилками и валкообразователями площади трав в зависимости от ширины захвата и класса машин.
Таблица 4. Зависимость от ширины захвата и класса граблей-ворошилок и валкообразователей размеров обрабатываемой площади
Наименование Показатели
Ширина захвата, м 3,0-4,5 4,6-6,1 6,2-7,7 7,8-9,3 9,4-10,9
Классификация граблей, класс 1 2 3 4 5
Размер обрабатываемой площади, га 41-212 216-287 291-362 367-437 442-513
Таким образом, систематизация технологических параметров ворошилок и граблей по классам позволяет обосновать типаж ворошилок-вспушивателей и граблей-ворошилок валкообразователей. Зависимости основных параметров от ширины захвата можно использовать при проектировании новых образцов подобных машин и для определения потребности этих машин в зависимости от объемов работ по полевой сушке скошенных трав в конкретном хозяйстве.
Вывод
В операциях полевой сушки скошенных трав при заготовке сенажа и сена применяют ворошение, сгребание провяленной травы в валки и их оборачивание в случаях выпадения атмосферных осадков, используя ворошилки-вспушиватели, грабли-ворошилки и валкообразователи.
Для определения закономерностей изменения технологических параметров от ширины захвата (массы машины, потребной мощности и производительности за час основного времени работы) проанализированы основные технические характеристики освоенных промышленностью ворошилок и граблей советских времен, Республики Беларусь и ведущих фирм дальнего зарубежья.
Определены эмпирические зависимости от ширины захвата: массы машин (1,4), потребной мощности (2,5), производительности за час основного времени работы (3,6).
С учетом эксплуатационно-технических, природно-климатических параметров машин и организационных условий хозяйств Республики Беларусь определены эмпирические формулы для расчета размеров площадей полевой сушки трав в зависимости от ширины захвата ворошилок (7) и граблей (8). Приведена классификация типажа машин по ширине захвата. Получено пять классов с интервалом ширины захвата в 1,5 метра; ворошилок с шириной захвата от 4,0 до 11,9 м, граблей соответственно от 3,0 до 10,9 м. Для каждого класса машин определены размеры площадей полевой сушки трав с учетом условий хозяйствования.
Результаты исследований технологических параметров машин полевой сушки трав могут быть использованы для обоснования основных параметров ворошилок и граблей вновь разрабатываемых и для проведения технико-экономического обоснования потребного типажа и количества машин для конкретных хозяйственных условий.
Список литературы
1. Зафрен, С.Я. Технология приготовления кормов: справочное пособие / С.Я. Зафрен. - М. Колос, 1977. - 240 с.
3. Пиуновский, И.И. Совершенствование машин для ворошения и сгребания скошенной травы / И.И. Пиуновский, А.А. Шупилов, П.В. Яровенко // Техника в сельском хозяйстве. - 1998. - №3. - С. 17-19.
4. Короткевич, А.В. Технологии и машины для заготовки кормов из трав и силосных культур / А.В. Короткевич. - Минск, 1990. - С. 383.
6. Анализ и оценка энергозатрат современных машин для заготовки прессованного сена / С.В. Крылов, [и др.] // Механизация и электрификация сельского хозяйства: межведомственный технический сборник РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства». - Минск, 2010. - Вып. 44. Т. 2. - С. 3-10.
7. Современные механизированные технологии заготовки кормов из трав и перспектива их развития / И.М. Лабоцкий [и др.] // Научно-технический прогресс в сельском производстве: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (Минск, 19-24 октября 2010г.). - Минск. 2010. - Т. 2. - С. 8-13.
8. Бронштейн, И.Н. Справочник по математике / И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. - М.: Госиздат, 1963. - С. 608.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
