Substantiation of technology and development of a pick-up chopper for preparation of chopped hay

Full Text

Введение В настоящее время в России и Казахстане создаются молочные и откормочные фермы, на которых для повышения продуктивности животных, в основном в зимнее время, необходимо приготовление качественных полнорационных кормосмесей. Их качество зависит от качества заготовленного сена, сенажа и приготовленных комбикормов. При применении существующих технологий заготовки прессованных грубых кормов потери самой ценной листовой части трав составляют до 14% от общей массы убираемого сена [1]. Если учесть, что в листовой части трав содержание витаминов и каротина в 10-12 раз выше, чем в стеблевой, такие потери равноценны значительным потерям общей массы убираемого сена [2]. Кроме того, заготовленные рулоны и малогабаритные тюки остаются на поле несколько дней. За это время в верхних слоях прессованных кормов под воздействием солнечных лучей происходит полная потеря каротина и витаминов. В связи с этим можно констатировать, что существующие технологии не обеспечивают заготовку качественных грубых кормов для повышения продуктивности животноводства на молочных и откормочных фермах. Разработка ресурсосберегающей технологии заготовки сена и технических средств для ее осуществления - актуальная задача современного сельского хозяйства. Цель исследования Цель исследования состоит в разработке технологии и технических средств, обеспечивающих заготовку высококачественного сена для приготовления полнорационных кормосмесей на откормочных и молочных фермах в стойловый период. Материалы и методы При разработке новой технологии применен метод системного анализа существующих технологий летней заготовки и зимнего приготовления грубых кормов, а при разработке конструкционно-технологической схемы универсального подборщика-измельчителя кормов - метод конструирования сельхозтехники. Результаты и их обсуждение Совершенствование и разработка новых технологий заготовки грубых кормов осуществляются путем выбора критерия оптимальности рассматриваемых технологий. Энергоемкость каждой операции в технологии определяется по формуле: где Ni - расход мощности i-й операции, кВт; Qi - производительность i-й операции, т/ч. Оптимальность технологий по энергоемкости определяется равенством: При оценке технологии по этому критерию сначала рассматриваются процессы, имеющие максимальную энергоемкость. В данном случае это прессование и измельчение кормов. Ранее проведенные исследования показали, что энергоемкость процесса измельчения прямо пропорциональна коэффициенту неравномерности подачи грубых кормов в измельчитель [3]: где Кн - коэффициент неравномерности подачи; Эир - энергоемкость процесса измельчения при равномерной подаче. Второй критерий оптимальности - качество заготовленных грубых кормов. В данном случае выбираем такой показатель, как содержание каротина в 1 кг заготовленного сена. Известно, что содержание каротина в 1 кг листовой части люцерны составляет 611 мг, в стеблевой части - 69 мг; в 1 кг листовой части клевера - 525 мг, в стеблевой части - 25 мг [2]. Содержание каротина в 1 кг заготовленного сена mкс определяется по формуле: где Кл, Кс - содержание каротина в 1 кг листовой и стеблевой частей, мг/кг; mл1, mс1 - масса листовой и стеблевой частей в 1 кг сена, кг. По данным проведенных ранее исследований, при прессовании сена через зазоры между вальцами потери листовой части трав достигают Пл = 14%. С целью общей оценки технологических процессов предложено аналитическое выражение для определения потерь общего урожая Поу, которые равноценны потерям листовой части кормов: Из формулы (1) видно, что потери урожая оцениваются путем сравнения процента каротина в потерянной листовой части с общим возможным содержанием каротина в листовой и стеблевой частях растения. Целевую функцию можно представить в виде: Общие потери листовой части Пло в технологических процессах заготовки грубых кормов в рулонном виде можно выразить как: где Плпр, Плхр, Плраз, Плиз - потери листовой части урожая в ходе прессования, хранения рулона на поле, разматывания рулона, измельчения. Предполагается два варианта снижения общих потерь листовой части: 1) минимизировать потери в ходе выполнения каждой операции; 2) полностью исключить некоторые операции. Оценивая возможности снижения потерь листовой части урожая, рассмотрим применяемую схему заготовки кормов по рулонной технологии и зимнего приготовления грубых кормов (рис. 1). На основе предлагаемых критериев оптимальности снижения энергоемкости и снижения общих потерь убираемого сена с учетом сохранения качества кормов предлагается новая технология заготовки измельченного сена (рис. 2). В новой технологии объединяются системы летней заготовки и зимнего приготовления грубых кормов. Предлагается измельчение, которое обычно осуществляется в зимнее время, выполнить в ходе заготовки. После сгребания в валки, при достижении влажности сена в валке 18-20%, необходимо произвести подбор и измельчение сена до требуемого размера с расщеплением стеблей вдоль волокон, а затем транспортировать измельченное сено и скирдовать под навесом. В зимнее время при приготовлении кормосмесей остается загрузить готовое измельченное сено в бункер раздатчика и произвести раздачу в кормушки или на кормовой стол. Для оценки значения потерь общего урожая в зависимости от потерь листовой части трав проведены теоретические расчеты по формуле (1) на примере клевера и люцерны. Зависимости потерь общего урожая от потерь листовой части клевера и люцерны приведены на рис. 3, из которого видно, что потери листовой части сена по качественным показателям (содержанию каротина) равноценны двойным потерям общего урожая. Как показано на рис. 2, грубые корма можно измельчить после сгребания сена в валки. Можно одновременно произвести подбор, измельчение и погрузку измельченного сена в кузов транспортного средства за счет применения подборщика-измельчителя кормов. Многие энергоемкие операции в предлагаемом варианте исключены из общей технологии: где Эпр, Эпог, Этр, Эразм - энергоемкость процессов прессования, погрузки, транспортировки, разматывания рулонов. Общая энергоемкость процесса измельчения грубых кормов Эои снижена за счет равномерной подачи сена в измельчитель. Кроме того, из технологии заготовки измельченного сена исключены операции, при которых происходят потери листовой части сена: Можно предположить, что общие потери листовой части в исключенных операциях должны быть намного больше, чем при транспортировке измельченного сена в кузове транспортного средства Плтр: Теоретический анализ показал, что целесообразность предлагаемой технологии заготовки измельченного сена доказывается снижением ее энергоемкости и повышением качества заготовленных грубых кормов. Согласно экономическим расчетам, применение предлагаемой технологии по сравнению с существующими обеспечивает снижение удельных эксплуатационных затрат в 2-2,5 раза. Для заготовки измельченного сена могут применяться существующие кормоуборочные комбайны, но при измельчении сухих грубых кормов они не расщепляют стебли вдоль волокон, что не соответствует зоотехническим требованиям. Такие комбайны предназначены для измельчения зеленой массы. При ее подаче к ножевому рабочему органу предусматривается уплотнение слоя несколькими парами вальцов, а для лучшей транспортировки измельченной массы используется ускоритель потока. Таким образом, кормоуборочные комбайны представляют собой сложные машины с высокими энергозатратами. В 2012-2014 гг. по бюджетной программе №212 МСХ РК разработан специальный подборщик-измельчитель кормов с шириной захвата 1,8 м. Он снабжен молотковым и ножевым рабочими органами, которые обеспечивают эффективное измельчение сухих и влажных грубых кормов, а также новым подбирающим механизмом, обеспечивающим подбор сена без беговой дорожки, роликов, кривошипов и подшипников в отличие от существующих кормоуборочных комбайнов [4, 5]. В конструкции разработанного подборщика-измельчителя кормов (рис. 4) предусмотрен шнек для транспортировки и сбора массы, соответствующий по ширине подборщику. От шнека с помощью подпрессовывающего барабана и короткого ленточного транспортера масса подается к молотковой дробилке. В камере дробилки грубые корма измельчаются, и измельченный корм через дефлектор подается внутрь транспортного средства. В 2013-2014 гг. проведены экспериментальные исследования по обоснованию параметров подборщика-измельчителя, в результате которых определены его оптимальные параметры: - скорость воздушного потока в дефлекторе 15 м/с; - частота вращения подбирающего барабана 60 мин-1; - оптимальная производительность 8-9 т/ч; - потери измельченных грубых кормов 1,83%; - энергоемкость процесса измельчения грубых кормов 1,2-1,8 кВт·ч/т (при W = 16…18%); - энергоемкость процесса измельчения влажной люцерны 2,43 кВт·ч/т (при W = 50,4%). Также уточнены теоретически определенные параметры подбирающего механизма и подпрессовывающих барабанов. Производственные испытания подборщика-измельчителя проведены по ОСТ 10.8.2-2001 и 10.23.5-2003 на люцерне влажностью 15,7% (рис. 5). Во время испытаний производительность подборщика-измельчителя кормов находилась в пределах 4,4-5,2 т/ч. Анализ качества измельченного сена показал, что массовая доля частиц размером до 30 мм составила 87,3%, частиц размером до 50 мм - 97,6%, что соответствует зоотехническим требованиям. Изготовление экспериментального образца универсального подборщика-измельчителя кормов позволило определить стоимость машины, а производственные испытания - ее действительную производительность. Проведены экономические расчеты по определению удельных эксплуатационных затрат при применении рулонной технологии и предлагаемой технологии заготовки измельченного сена с учетом действительной стоимости машин. Общие удельные эксплуатационные затраты при применении рулонной технологии равны 875,98 руб/т, а при технологии заготовки измельченного сена - 438 руб/т, т.е. затраты снизились в 2 раза при сроке окупаемости 0,7 лет. Во время проведения опытов и производственных испытаний подборщика-измельчителя нарушения технологических процессов и поломки рабочих органов не наблюдались. Таким образом, опыты по обоснованию конструкционно-технологических параметров рабочих органов машины и ее производственные испытания, проведенные на разнотравье и люцерне, показали, что подборщик-измельчитель с молотковой дробилкой и новым подбирающим механизмом обеспечивает высокое качество заготовки измельченного сена и снижение эксплуатационных затрат. Выводы 1. По результатам теоретических исследований предложено аналитическое выражение для определения потерь общего урожая, которые равноценны потерям листовой части кормов, т.е. разработан критерий для обоснования технологии заготовки грубых кормов. 2. Обоснована технология заготовки измельченного сена, исключающая операции, которые приводят к потерям листовой части трав. 3. Для осуществления предложенной технологии разработан подборщик-измельчитель кормов, обеспечивающий заготовку измельченного сена в соответствии с зоотехническими требованиями и снижение удельных эксплуатационных затрат в 2 раза по сравнению с рулонной технологией заготовки грубых кормов.

About the authors

D. T Abilzhanov

Kazakh Research Institute of Agricultural Engineering and Electrification

Email: kazniimesh@yandex.kz
PhD in Engineering Almaty, Republic of Kazakhstan

References

Supplementary files