Методология классификации косилок для скашивания трав

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методология классификации косилок для скашивания трав

И.И. Пиуновский, В.Р. Петровец, С.С. Сидорчук

(Поступила в редакцию 01.11.11)

Аннотация

косилка мощность промышленность

На основании анализа основных показателей технической характеристики освоенных промышленностью косилок определены закономерности изменения от ширины захвата, их массы, потребляемой мощности и производительности в час основного времени, являющихся технологическими параметрами машины для выполнения технико-экономического расчета процесса скашивания. Ширина захвата является определяющим показателем технической характеристики, и по ней предлагается классифицировать косилки по пяти классам. Для каждого класса косилок установлены размеры площадей скашиваемых трав с учетом природно-экономических и организационных условий хозяйств, что имеет практическое значение не только для определения типа и количества машин для конкретных условий, но и для установления технологических параметров и эффективности использования вновь проектируемых косилок.

Annotation

On the basis of analysis of the main indicators of technical characteristics of industrial mowers, we have determined the dependence of their mass, consumed energy and per hour productivity on the width of the cut path. These are the main technological parameters necessary for technical-economic calculation of the process of cutting. The width of path is the main indicator of technical characteristics. We suggest classifying mowers into five classes according to this parameter. For each class of mower we have determined the area of cut grasses, taking into account natural-economic and organizational conditions of farms, which is of practical importance not only for the determination of the type and quantity of machines necessary for concrete conditions, but also for determination of technological parameters and efficiency of usage of mowers with new design.

Введение

Дальнейшее развитие животноводства, как валютообразующей отрасли, требует создания прочной кормовой базы, которая должна быть не только высокопитательной, но и экономически обоснованной. В условиях Республики Беларусь такими кормами являются многолетние и однолетние травы. Это не только самый дешевый корм, но и способ обеспечения жвачных животных протеином, витаминами и доброкачественной клетчаткой, из которой только они могут производить высококачественные молоко и мясо. Корма из трав используются животными в виде зеленого корма, а также в виде сенажа и сена.

Анализ источников. Основной операцией, определяющей качество заготавливаемого корма, является скашивание травостоя для последующей сушки на сено или провяливание для приготовления сенажа [1, 2, 3].

В настоящее время для этой цели применяются прицепные, навесные, в агрегате с трактором, и самоходные косилки, имеющие два типа режущих аппаратов: сегментно-пальцевый (сегментный) и ротационный. В мировой практике машиностроения созданы и освоены в производстве многочисленные косилки с различной шириной захвата и конструктивного исполнения режущих аппаратов [4, 5, 6, 7, 8].

Методы исследования. Для выбора необходимой косилки в зависимости от объемов выполнения работ в хозяйстве и проектирования новых образцов машин целесообразно классифицировать существующие косилки, используя основные их технологические параметры, что позволит устроить расчет потребности косилок для хозяйства, обосновать параметры и технико-экономические показатели вновь проектируемых машин. Основой расчета параметров рабочих органов сельскохозяйственных машин считается определение их конструктивных параметров. Технологические параметры определяют экономическую целесообразность использования машины для выполнения свойственной ей технологической операции. К ним относятся производительность, ширина захвата, масса и мощность энергетического средства, агрегатируемого с машиной.

К конструктивным относятся параметры, определяемые законами механики и сопротивления материалов, обеспечивающие работоспособность и надежность машины.

Создание технических средств для скашивания трав началось еще в 19 веке, когда технологические процессы заготовки сена выполнялись ручным способом. При этом скашивание трав было самой трудоемкой операцией. Первые режущие аппараты были типа сегментно-пальцевых устройств, принципиальная схема которых дошла до нашего времени. Изменения происходили в подборе материалов для изготовления в приводе режущего аппарата и использовании энергетического средства: от конной тяги до тракторной. Косилки с приводом от конной тяги дошли до наших времен и используются при скашивании трав на малых площадях и неудобицах.

Основным недостатком сегментно-пальцевых режущих аппаратов является наличие инерционных сил, ограничивающих их применение на высоких скоростях. С целью уменьшения инерционных усилий предложены двухножевые сегментные аппараты, но у них усложняется привод и обслуживание, особенно при ремонте.

Основная часть

Сегментно-пальцевые и сегментные режущие аппараты являются рабочими органами косилок для скашивания стебельчатых культур при заготовке кормов.

Теоретическая производительность этих косилок определяется следующим выражением:

, (1)

где - ширина захвата, м; - рабочая скорость, м/с; - производительность, м²/с.

Однако практическая производительность зависит от природных и организационных условий хозяйств, а также технологических параметров косилок.

Установив, что ширина захвата является основным технологическим параметром огромного количества конструкций существующих косилок, для их подразделения по классам определим зависимость других параметров от ширины захвата.

Шириной захвата обычно задаются в зависимости от назначения косилки, размеров уборочных площадей, энергетического средства, с которым должна агрегатироваться машина. Рабочую скорость выбирают в зависимости от природных условий и рельефа поля.

Для определения зависимости от ширины захвата, массы косилки, потребной мощности на выполнение процесса скашивания и производительности в час основного времени работы проанализируем их технические характеристики. Марки и технико-экономические показатели косилок, освоенных производством и нашедших широкое применение в хозяйственных условиях (табл. 1).

Таблица 1. Технико-экономические характеристики сегментно-пальцевых косилок

По представленным техническим характеристикам косилок с сегментно-пальцевым и сегментным режущим аппаратом построены графические зависимости от ширины захвата, массы косилки, потребной мощности и производительности в час основного времени работы (рис.1), которые могут использоваться в технологических расчетах проектируемых косилок и существующих для определения их количества в конкретных условиях хозяйств.

Учитывая разнообразное конструктивное исполнение косилок и оснащение их дополнительными устройствами, устанавливаем, что при увеличении ширины захвата В масса косилок Р изменяется не прямо пропорционально, а по параболической кривой. Это связано с тем, что масса косилок после 3-х метров ширины захвата резко увеличивается (рис. 1, а).

а)б)в)

Рис. 1. Зависимость массы косилки (а), потребной мощности (б) и производительности (в) от ширины захвата

Эта зависимость выражается эмпирической формулой:

, (2)

где - масса косилки, кг; - ширина захвата, м; - эмпирический коэффициент для сегментно-пальцевых косилок, равен 82,7; - безразмерный эмпирический показатель степени, равный 1,9.

Зависимость потребной мощности на выполнение процесса скашивания изменяется от ширины захвата косилки пропорционально и может быть определена по следующей эмпирической формуле:

, (3)

где - потребная мощность, кВт; - ширина захвата, м; - эмпирический коэффициент, равный 13.

Производительность сегментно-пальцевых и сегментных косилок зависит прямо пропорционально от ширины захвата (рис. 1 а) и выражается следующей эмпирической формулой:

, (4)

где - производительность, м²/ч; - ширина захвата, м; - эмпирический коэффициент, имеющий размерность и равный 10·10³ м²/ч.

Полученные закономерности могут использоваться при технологических расчетах параметров, проектировании новых конструкций косилок и экономической эффективности их применения. Используя зависимость производительности в час основного времени работы косилки (табл. 1 и рис.1 в, формула 4), можно определить размер площади, которую может убрать косилка за агросрок в 15 календарных дней с учетом природно-хозяйственных условий и эксплуатационных показателей косилки. В расчетах приняты самые неблагоприятные погодные условия, когда через два дня хорошей погоды на третий день выпадают осадки; производительность в час эксплуатационного времени определяется умножением производительности в час основного времени на коэффициент 0,7, учитывающий использование ширины захвата косилки, техническую готовность машины, возможные регулировки, ремонт и прочие остановки по техническим причинам. Тогда с учетом организационных мероприятий (переезды, развороты, отдых и т.п.) при восьмичасовой рабочей схеме косилка в загоне работает ежедневно по 5-6 часов.

Для освоенных производством косилок с сегментно-пальцевым и сегментным режущим аппаратом зависимость размеров уборочной площади прямо пропорциональна ширине захвата косилки (рис. 2) и может быть определена следующим эмпирическим выражением:

, (5)

где - размер площади, скашиваемой сегментно-пальцевыми косилками, м²; - ширина захвата косилки, м; - эмпирический коэффициент, в метрах и равный 35·10³ м.

а) б)

в) г)

Рис. 2. Зависимость от ширины захвата ротационных косилок: массы (а); потребной мощности (б);

производительности (в); уборочной площади (г): сегментно-пальцевых косилок - 1; ротационных - 2

Условные обозначения: х - косилки, произведенные в Советском Союзе и Республике Беларусь;

0 - косилки производства зарубежных фирм

При анализе освоенных промышленностью косилок с сегментно-пальцевым и сегментным режущим аппаратом можно отметить, что с увеличением ширины захвата изменяется конструктивное исполнение машины - от навесных, прицепных к самоходным косилкам.

Поэтому, учитывая многообразие вариантов косилок, целесообразно их классифицировать по ширине захвата. Так, косилки с шириной захвата до 2 м следует отнести к машинам класса 1. Они изготавливаются в основном в навесном исполнении к тракторам класса 0,6-0,9. Косилки с шириной захвата от 2,1 до 3,0 м могут представлять машины класса 2 в навесном и прицепном исполнении к тракторам класса 0,9-1,4. Косилки шириной захвата от 3,1 до 4,0 м будут представлять машины класса 3, изготавливаются как в навесном, так и прицепном исполнении к тракторам класса 1,4. Косилки с шириной захвата 4,-5,0 м относятся к классу 4 и изготавливаются в прицепном, навесном к тракторам класса 1,4-2,0. К классу 5 относятся косилки с шириной захвата 5,1-6,0 м. Однако они пока не нашли широкого применения, кроме навесных косилок, используемых в степных зонах заготовки кормов. На основании анализа типажа и основных технологических параметров косилок, определяющих в зависимости от ширины захвата класс машин, определены размеры уборочной площади, приведенные в табл. 2.

Таблица 2. Зависимость уборочной площади трав от ширины захвата и класса косилки

Кроме косилок с сегментно-пальцевым и сегментным режущим аппаратом, с середины 20-го века находят широкое применение косилки с ротационным режущим аппаратом, особенностью которых является не возвратно-поступательное движение ножа, а вращательное вокруг вертикальной оси.

Для определения закономерностей изменения технологических параметров ротационных режущих аппаратов проанализируем основные технические характеристики косилок советского, отечественного и зарубежного производства (табл. 3).

Таблица 3. Технико-экономические характеристики косилок с ротационным режущим аппаратом

Зависимость массы косилок с ротационным режущим аппаратом от ширины захвата, произведенных в Советском Союзе и Республике Беларусь, также за рубежом, представляет кривую параболической формы с резко выраженным ростом массы косилок после ширины захвата три метра (рис. 2 а).

Это вызвано как усложнением конструкции самого режущего аппарата, так и наличием плющильных устройств.

Эмпирическая формула этой зависимости имеет следующий вид:

, (6)

где - масса ротационной косилки, кг; - ширина захвата, м; - эмпирический коэффициент для ротационных косилок, равен 170 кг/м; - безразмерный показатель степени, равный для ротационных косилок 1,80.

Зависимость потребной мощности от ширины захвата ротационной косилки имеет такую же зависимость и представлена графически на рис. 2 б.

Эмпирическая формула этой зависимости имеет следующий вид:

, (7)

где - потребная мощность кВт; - ширина захвата ротационной косилки, м; - эмпирический коэффициент, равный для ротационных косилок 7,48.

Из представленных графиков видно, что технологические параметры массы и потребной мощности у косилок с ротационным режущим аппаратом, изготовленных в Советском Союзе и Республике Беларусь, а также за рубежом, имеют близкие значения, располагаясь вдоль проведенных кривых.

Производительность ротационных косилок, так же как и сегментно-пальцевых, имеет прямо пропорциональную зависимость (рис. 2 в) и может быть определена из следующего эмпирического выражения:

, (8)

где - производительность косилки, м²; - ширина захвата, м; - эмпирический коэффициент, равный для ротационных косилок 12·10³ м²/ч.

Используя технологические параметры ротационных косилок, так же как и сегментно-пальцевых, можно определить размеры уборочной площади в зависимости от ширины захвата при тех же природно-организационных условиях, рассмотренных для сегментно-пальцевых косилок.

Тогда зависимость размера уборочной площади можно определить из следующего эмпирического выражения (рис. 2 г):

, (9)

где - размер уборочной площади, м²; - ширина захвата ротационной косилки, м; - эмпирический коэффициент, равный 45·10³м.

Так же, как сегментно-пальцевые косилки, ротационные целесообразно подразделить на классы по ширине захвата.

К 1 классу можно отнести косилки с шириной захвата до 2,0 метров; от 2,1 до 3,0 м - класс 2; от 3,1 до 4,0 м - класс 3; от 4,1 до 5,0 м - класс 4; от 5,1 до 6,0 м - к 5 классу. Определение зависимости размеров уборочной площади от ширины захвата и класса ротационных косилок приведено в табл. 4.

Таблица 4. Зависимость уборочной площади от ширины захвата и класса ротационных косилок

Если проанализировать объемы выполнения работ сегментно-пальцевыми косилками и ротационными, то наглядно видно (табл. 2, рис. 2 г), что ротационными косилками обеспечивается скашивание трав в агросрок на большей площади, чем сегментно-пальцевыми. При этом наиболее выгодно применять ротационные косилки с шириной захвата более 1 метра (табл. 5), когда выработка ротационными косилками превышает выработку сегментно-пальцевыми примерно на 28%. Расчеты выполнены с использованием эмпирических формул (5) и (9).

Таблица 5. Зависимость превышения скошенной за агросрок площади трав ротационными косилками над сегментно-пальцевыми от ширины захвата, %

Систематизация параметров косилок по классам позволяет обосновать типаж косилок с сегментно-пальцевым и ротационным режущим аппаратом при проектировании новых образцов машин. Придерживаться технологических параметров по их зависимостям от ширины захвата, а в условиях хозяйств позволяет произвести выбор для поставки в хозяйство косилки необходимого класса в зависимости от объема работ по скашиванию трав.

Заключение

При скашивании трав в производственных условиях используются два типа косилок: сегментно-пальцевые (сегментные) и ротационные.

Эффективность и надежность использования косилок зависит от их технологических и конструктивных параметров.

Конструктивные параметры обеспечивают надежность и работоспособность косилок и определяются законами механики и сопротивления материалов.

Основными параметрами косилок являются: ширина захвата, масса, потребляемая мощность на выполнение процесса скашивания и их производительность.

Используя технические характеристики косилок, освоенных в производстве советских времен, промышленностью Республики Беларусь и фирмами дальнего зарубежья, определены закономерности изменения от ширины захвата, массы косилки, потребляемой мощности и производительности в час основного времени.

Проведена классификация освоенных промышленностью косилок с шириной захвата до 6,0 метров. К первому классу отнесены косилки с шириной захвата до 2,0 метров; второй, третий, четвертый и пятый класс с интервалом 0,9 метра ширины захвата.

Используя классификацию косилок по ширине захвата, определили размеры площадей скашивания трав в агротехнический срок уборки с учетом природно-организационных условий хозяйственной деятельности и эксплуатационных показателей косилок.

Проведенные расчеты и закономерности изменения технологических параметров косилок могут использоваться при проектировании новых сегментно-пальцевых (сегментных) и ротационных машин, а также для определения необходимого количества и типажа косилок для скашивания трав в конкретных условиях хозяйства.

Литература

1. Короткевич, А.В. Технологии и машины для заготовки кормов из трав и силосных культур / А.В. Короткевич. - Минск: Ураджай, 1990. - 383 с.

2. Клочков, А.В. Заготовка кормов зарубежными машинами / А.В. Клочков, В.А. Попов, А.В. Адась. - Горки, 2001. - 201 с.

3. Анализ и оценка энергозатрат современных машин для заготовки прессованного сена / С.В. Крылов [и др.] // Механизация и электрификация сельского хозяйства: межвед. тематич. сб. / РУП НПЦ НАН Беларуси по сельскому хозяйству. - Минск, 2010. - Вып. 44, Т. 2. - С. 3-10.

4. Петров, В.А. Системная оценка эффективности новой техники / В.А. Петров, Т.И. Медведев // Машиностроение. Ленинградское отделение. - Л., 1978. - 276 с.

5. Система ведения сельского хозяйства Белорусской ССР / Г.М. Лыч [и др.]. - Минск, 1986. - 311 с.

6. Зиковенко, А.Л. Качественная характеристика зеленой массы двойных злаково-бобовых… и их компонентов / А.Л. Зиковенко // Международный аграрный журнал. - 2000. - № 2. - 29-31.

7. Козуолис, Л.Ю. Выращивание многолетних трав на корм / Л.Ю. Козуолис. - Л.: Колос, 1977. - 247 с.

8. Заготовка и производство кормов Нечерноземов: справочник / В.С. Сечкин [и др.]. - 2-е изд. перераб и доп. - Л.: Агропромиздат, 1988. - 480 с.

Размещено на Allbest.ru