Une presse à balles de foin et de feuilles à commande manuelle
Cet article fournit des instructions détaillées sur la construction et l'utilisation de cette presse à balles ainsi que sur sa conception. Une discussion sur l'application de ce système et de ses balles est également incluse, ainsi qu'une brève introduction aux machines alternatives.
La mise en balles de matériaux tels que le foin, la paille ou les feuilles présente de nombreux avantages, car ces balles sont généralement utilisées pour stocker les matériaux excédentaires ou nourrir les animaux. Les balles de paille sont également utilisées comme matériau de construction pour la construction. Cette pratique a commencé en Amérique du Nord dès les années 1800 et a récemment connu une résurgence dans le cadre du mouvement de construction verte et naturelle. Les balles de paille sont des matériaux de construction bon marché et disponibles, car la paille est un sous-produit agricole omniprésent. Ces balles peuvent fournir à la fois une isolation de bâtiment et une structure de support. La disponibilité de ce matériau de construction potentiel fait qu'il est considéré comme une technologie appropriée. Les coûts élevés associés aux moissonneuses-batteuses mécaniques et aux agriculteurs possédant de petites parcelles de terre ont toujours été une alternative à faible coût. Il existe de nombreuses options disponibles et cet article examine une presse à fin et à feuilles à commande manuelle fabriquée par Larry McWilliams qui se trouve sur le CD3WD . Le mais du projet CD3WD est d'aider le tiers monde à s'aider lui-même, le contenu peut être trouvé ici . Cet article fournit un mode d'emploi beaucoup plus détaillé pour la construction et l'utilisation de cette presse à balles ainsi qu'une certaine conception. Une discussion sur l'application de ce système et de ses balles est également incluse ainsi qu'une brève introduction aux machines alternatives.
Contenu
Considérations
Accès aux matériaux de mise en balles
Les matériaux à mettre en balles existant dans toutes les parties du monde où il s'agit d'agriculture. Les plantes céréalières poussent dans toutes les parties du monde, à l'exception des déserts très secs et des pôles recouverts de glace. [1] Mais plus spécifiquement, la paille est un sous-produit des plantes céréalières ; les balles de paille sont utilisées comme matériau de construction. La paille est ce qui reste après que le grain et la balle ont été retirés ; on l'appelle aussi la tige de la plante. L'Afrique abrite de nombreuses plantes céréalières indigènes, et la colonisation a amené de nombreuses autres espèces dans la région. [2] En d'autres termes, cette technologie peut être utile dans presque toutes les parties du monde.
Accès aux matériaux de construction et capacité de construire
La presse à balles décrite ci-dessous a été fabriquée à l'aide d'outils électriques et de bois de qualité nominale. En effet, ce sont les matériaux et les outils disponibles et ceux avec lesquels j'ai développé des compétences de travail. Ils ne sont pas disponibles partout dans le monde, mais il est possible de fabriquer cette structure à partir de différents matériaux tout en utilisant des outils plus simples. Dans la section construction, il y a un tableau des outils suggérés et potentiels pour construire cette presse à balles. Un artisan qualifié serait capable de recréer cette structure. Dans le cas où un groupe se rendrait dans une région où ces outils et matériaux ne seraient pas disponibles, une solution simple serait de les prédécouper et de les transporter en laissant l'assemblage final jusqu'à ce que le site final soit atteint. Une analyse complète des alternatives de presse à balles doit être effectuée avant que cela ne se produise.
Applicabilité des balles
Les bottes de paille peuvent être utilisées dans la construction et sont généralement utilisées pour des logements à faible coût et à faible impact environnemental. Le logement est apparemment un élément fondamental qui offre aux familles un endroit où se réchauffer, dormir, interagir les uns avec les autres et se protéger des dangers potentiels de l'environnement, notamment des maladies. Avoir une maison présente de nombreux avantages et en posséder un sert de tremplin vers le succès futur. Les bâtiments en bottes de paille sont une utilisation bon marché et efficace des ressources renouvelables et locales. La paille est également un sous-produit qui est généralement brûlé, [3] son utilisation comme matériau de construction permet de séquestrer le carbone qui pourrait éventuellement se retrouver dans l'atmosphère. Les balles ont également des fins agricoles, car elles constituent une source potentielle de nourriture ou de litière pour les animaux. Le stockage des balles peut être utile pendant les mois d'hiver ou les périodes de sécheresse dans les applications agricoles. Il est important de noter que quelle que soit l'utilisation, les balles doivent être conservées au sec et à l'abri des insectes car elles pourriront.
Principes d'ingénierie
L'utilisation d'une balle pour des applications structurelles est basée sur quelques paramètres. [4] La teneur en humidité puisque les balles doivent être sèches pour éviter la pourriture tandis que la densité sèche détermine la résistance des balles. L'équation pour la densité, [kg/m 3 ] se trouve ici :
ρ =mV{\displaystyle \rho \ ={\frac {m}{V}}}
La densité d'une balle est basée sur la compressibilité du matériau et la contrainte exercée par le piston. Des études ont montré que lorsqu'elles sont posées à plat, les balles de densité plus élevée se brisent à une charge ultime plus élevée. [5] D'autres études ont montré une corrélation entre la densité et le module des balles, mais l'orientation a un effet plus important sur les propriétés mécaniques. [6] Les balles de paille sont utilisées pour former un mur composite avec du plâtre de chaque côté des balles. Lorsque ces murs en plâtre sont soumis à une charge de compression concentrique, ils agissent comme une colonne composite, le plâtre supportant la majorité de la charge. La paille fournit principalement un renfort latéral pour les peaux de plâtre, tout en supportant une petite partie de la charge de compression. Si le renfort latéral est insuffisant, le flambage local de la fine couche de plâtre provoquera une défectuosité. Les balles de paille fournissent également une isolation dans ces systèmes composites. [4] Pour la fabrication de balles, il est important de noter qu'une force de piston importante donne des balles plus denses qui fournissent des balles plus saines structurellement. Les balles plus denses devraient avoir des propriétés isolantes réduites en raison de la proximité des molécules, mais des tests supplémentaires sont nécessaires dans ce domaine.
Les autres facteurs qui influent sur l'utilité sont l'historique, car les balles ne doivent pas avoir été à proximité d'humidité ou de moisissure, la longueur des fibres et la composition du matériau. Les balles de paille sont plus adaptées à la construction automobile, les glucides ont été éliminés. Le foin, qui contient des glucides, se produit naturellement lorsque les insectes et les animaux s'en nourrissent.
Pour cette structure, toutes les charges sont négligeables par rapport à la résistance fournie par la section transversale des éléments. La conception est déterminée par l'utilité plutôt que par la résistance ou la facilité d'entretien.
Construction
Un prototype de presse à balles manuelles pour feuille et feuilles a été fabriqué à l'aide des outils répertoriés dans le tableau ci-dessous. La figure 1a montre une image du prototype qui a été construit en plus du dessin d'origine et de la disposition recommandée. Des modifications ont été apportées à la conception d'origine pour la simplification et des modifications supplémentaires sont reflétées dans la conception illustrée à la figure 1b.
Fig 1 : Original
Fig 1a : Prototype
Fig 1b : Recommandé
Le tableau ci-dessous présente les outils utilisés pour construire le prototype ainsi que les outils de base qui peuvent être utilisés pour produire la même presse à balles. Bien que le prototype ait été construit avec des outils électriques, des outils de base entre les mains d'un artisan qualifiés seront suffisants pour mener à bien cette tâche.
| Outils préférés | Outils de base |
|---|---|
| Scie circulaire | Marteau |
| Perceur | Scie à main |
| Marteau | Mètre à ruban |
| Mètre à ruban | Établi/pince de travail |
| Carré | |
| Établi/pince de travail |
Liste des pièces
| Partie | Nom | Taille nominale | Longueur du prototype | Quantité | Longueur recommandée | Quantité |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Bas | 2X4 | 6' 10" | 2 | 6' 10" | 2 |
| 2 | Support latéral | 2X4 | 2' 1 ¼" | 8 | 4' | 6 |
| 3 | Connecteur supérieur | 2X4 | 1' 6 ½" | 4 | 1' 6 ½" | 4 |
| 4.a | Côté chambre | 2X4 | 3' 4" | 4 | 3' 4" | 4 |
| 4.b | Côté chambre | 2X4 | 3' 10" | 4 | ||
| 5 | Chambre supérieure | 2X4 | 2' 4" | 4 | 2' 4" | 4 |
| 6 | Fond de la chambre | 2X4 | 4' 8" | 3 [1] | 4' 8" | 3 [1] |
| 7 | Connecteur inférieur | 2X4 | 1'3 ½" | 4 | 1'3 ½" | 3 |
| 8 | Support arrière | 2X4 | 39½" | 2 | 39½" | 2 |
| 9 | Retenue | 2X4 | 3' 9 ½" | 2 | 3' 9 ½" | 2 |
| 10 | Support de porte | 2X4 | 1' 6 ½" | 1 | 1' 6 ½" | 1 [2] |
| 11 | Piston | 2X4 | 8' | 2 | 8' **2 | 2 |
| P1 | Piston arrière | Pli ½" | 12"x 14" | 1 | 12"x 14" | 1 |
| P2 | Insérer le piston | Pli ½" | 12"x 12" | 1 | 12"x 12" | 1 |
| P3.a | Bloc piston | 2x2 | 4" | 8 | 5" | 8 |
| P3.b | Bloc piston | 2x2 | 3" | 8 | 3" | 8 |
| P4 | Support de piston | 2x6 | 14" | 2 | 14" | 2 |
| Porte | Pli ½" | 18"x18" | 1 | 18"x18" | 1 |
Procédure
Pour accélérer le processus de construction, il est préférable de prédécouper la plupart des pièces. Bien que cela soit conseillé, veillez à construire le piston une fois la chambre et les autres pièces assemblées. Cela permettra de garantir que le piston s'adapte réellement à ce que vous avez construit. Si des modifications ont été apportées à la conception ou à l'assemblage des pièces, elles deviendront apparentes au moment de l'assemblage final de la presse à balles. Tout au long des étapes, développez les images pour voir les noms des pièces et l'espacement plus en détail.
Pour toutes les étapes, l'utilisation d'une équerre permet de s'assurer que les pièces individuelles sont correctement fabriquées, ce qui facilite l'assemblage. Des clous ou des vis peuvent être utilisés, mais les vis ont été utilisés pour des raisons de préférence personnelle et parce qu'elles sont plus indulgentes en cas d'erreurs ou pendant le processus de prototypage itératif. Les pièces plus petites, comme celles trouvées sur la tête du piston, sont également plus faciles à fixer avec des vis. Les facteurs environnementaux entrent en jeu pour déterminer la durée de vie de cette structure. Si elle doit être utilisée indéfiniment, des vis extérieures et une peinture ou une teinture préserveront l'écope et empêcheront les intempéries et autres usures environnementales.
Fig 2 : Bois prédécoupé
Fig 2a : Utilisation d'une équerre et marquage du bois
Cette opération peut être réalisée par un artisan intermédiaire, mais un ouvrier plus qualifié sera en mesure de la réaliser plus rapidement et avec plus de précision. Quelle que soit votre connaissance des outils, veuillez suivre les procédures de sécurité appropriées. Si vous n'êtes pas également qualifié, travailler avec un partenaire ou trouver quelqu'un avec plus d'expérience vous permettra de garantir que la presse à balles sera fabriquée avec précision et en toute sécurité.
Veuillez lire toutes les étapes avant de tenter la construction.
Construisez le dessus de la chambre. Il y a un espacement de 1/2" entre les pièces car la ficelle passera à travers ces espaces.
Construisez les deux côtés de la chambre. La pièce 2, le support latéral, se trouve du côté opposé pour le deuxième côté de la chambre. Sinon, les deux pièces sont identiques. Il y a également un espace de 1/2" entre les pièces. Dans les dessins recommandés, les supports latéraux ont été augmentés à mi-hauteur pour un homme moyen. Cela permet à l'utilisateur de se tenir debout pendant le pressage et le lien , notamment la quantité de stress sur le dos de l'utilisateur.
Construisez le fond de la chambre de la même manière que le haut. Les emplacements des connecteurs sont indiqués sur la figure 7 et doivent s'aligner avec les supports latéraux une fois assemblés. Les deux pièces de revêtement sur les côtés peuvent être fabriquées en déchirant un 2x4 en deux. La pièce inférieure du prototype, illustrée sur la figure 8, n'inclut pas de modifications de conception de la structure.
Assemblez la chambre en réunissant la pièce supérieure entre les deux côtés. Une fois cette opération terminée, le fond peut être déposé en retournant la structure. Une pince permettra de s'assurer que la chambre est bien carrée. La figure 10 montre l'endroit où la pince a été utilisée pendant la construction du prototype.
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Après avoir redressé la presse, construisez l'arrière de la presse en fixant le support arrière, la retenue et le connecteur supérieur dans cet ordre. De cette façon, les nouvelles pièces ne tomberont pas pendant la construction. Un assistant est utile pour maintenir les pièces en place, mais si vous n'en avez pas, utilisez un clou ou une vis pour clouer une pièce près de l'endroit où elle doit être, puis fixez correctement l'autre extrémité, puis fixez enfin le côté d'origine.
Il existe deux options pour construire la porte. Une porte avec charnière peut être installée, mais si les charnières ne sont pas disponibles, essayez l'option montrée dans le prototype. Une section du support de porte doit être découpée pour maintenir la porte. Si cette deuxième option est choisie, le connecteur supérieur doit être retiré et une section découpée sur toute la longueur de la fente de la porte. Une fois coupées, ces deux pièces doivent être fixées de manière à ce qu'elles soient au ras des pièces existantes, permettant à la fois à la porte de s'ouvrir et à la balle de sortir librement de la chambre. Les encoches de ces pièces de support de porte doivent être coupées avec une tolérance appropriée pour que la porte puisse glisser. Une encoche de ¾' a été utilisée pour une porte de ½". Ces coupes doivent être faites à la scie, un ciseau peut être utilisé pour enlever le matériau entre les coupes. Les chutes de bois peuvent être utilisées comme poignée de porte.
Si des 2x2 sont disponibles, l'option la plus compliquée pour la tête de piston doit être utilisée. Les blocs de piston permettent d'utiliser un insert (non représenté) pendant le processus de mise en balles. Lorsque la balle est prête à être liée, cet insert peut être retiré et les blocs laissent de la place pour que les mains puissent atteindre la chambre de mise en balles. Les blocs peuvent être ajustés en fonction de la taille de la main de l'utilisateur. Une tolérance dans les découpes de P3.a doit garantir que l'insert peut être retiré facilement. La fin de P3.b doit également correspondre au début des découpes de P3.a. Pour réaliser cette découpe, les gabarits peuvent être placés ensemble dans un gabarit similaire à celui illustré à la figure 15.
Les blocs doivent être fixés par l'arrière, comme vous pouvez le voir sur la figure 16. Deux vis empêcheront les blocs de tourner. En voyant une vis et en serrant la seconde, les blocs resteront là où se trouvent les marques. Le perçage de trous pilotes permettra de s'assurer que le contreplaqué et les blocs ne se fendent pas à cette étape. Alternativement, le piston arrière peut être utilisé seul, mais il sera plus difficile de garder l'extrémité des balles compacte.
Les supports de piston doivent être percés avant d'être fixés à l'arrière du piston. Comme les blocs, ils doivent être fixés par l'arrière, après avoir percé un trou pilote. Les vis doivent être placées dans les grands espaces entre les blocs, pour faciliter la construction.
Les deux pièces du piston doivent être coupées et percées selon les dessins. La découpe, située à 47" de l'avant, permet au piston de se verrouiller en place pendant que la ficelle est nouée. Cela garantit que la balle reste comprimée dans la chambre. L'angle coupé à l'avant permet une grande amplitude de mouvement pendant le processus de mise en balles.
Fixez les deux pistons à la tête du piston en fixant un boulon de carrosserie ou un axe entre les deux pièces. Des rondelles doivent être utilisées à toutes les interfaces (entre le bois et les écrous). Un morceau de bois de récupération doit être placé directement sous les pistons une fois fixés. Cela empêche la tête du piston de tomber. Alternativement, si les boulons, les écrous et les rondelles ne sont pas disponibles, le piston peut être directement fixé à la tête du piston. Cela supprime la fonction de pivotement.
Coût
| Article | Quantité | Prix unitaire | Tarif plein |
|---|---|---|---|
| 2"x4"x8' | 20 | 1,77 $ | 35,40 $ |
| 2"x6"x8' | 1 | 4,29 $ | 4,29 $ |
| 2"x2"x8' | 1 | 2,26 $ | 2,26 $ |
| Pli ½" | 3 coupures | 3 $ | 9 $ |
| Boulon 4" 5/16" | 2 | 0,69 $ | 1,38 $ |
| Rondelle 5/16" | 6 | 0,11 $ | 0,66 $ |
| Écrou 5/16" | 2 | 0,14 $ | 0,28 $ |
| Total | 53,27 $ CA | ||
Les coûts prévus pour la construction de la presse recommandée à partir de bois entièrement neuf s'élevaient à environ 55 $. Les coûts réels du prototype construit étaient bien inférieurs. Cela est dû au fait que le prototype a été construit à partir de matériaux recyclés. Si ce prototype devait être construit dans une ferme, il est probable qu'il y ait un excédent de bois, ce qui réduirait les coûts. En comparaison, les vérins agricoles , qui ne sont qu'un des composants des technologies alternatives, coûtent environ 55 $. Comme pour tous les projets de construction, une provision doit être prévue pour les erreurs de coupe potentielles ou la perte de matériaux, ce qui est inclus dans le bois mentionné ci-dessus. Une autre façon de réduire considérablement les coûts est de regarder les sections coupées dans les magasins (si elles sont disponibles). Les chutes d'autres projets constituent une source de bon marché de petits matériaux et permettent également de détourner les matériaux des déchets. Les vis ou les clous ne sont pas inclus dans cette estimation des coûts car ils sont généralement achetés en gros.
Mise en balles
Procédure:
- Enfiler la ficelle dans les interstices
- 2, 4 ou 6 pièces peuvent être utilisées selon le matériau
- Enfiler la ficelle uniquement près de la porte
- Coupez suffisamment de ficelle pour enrouler toute la balle, 6 pieds sont recommandés, mais assurez-vous qu'il y en a suffisamment au départ car il est difficile d'ajouter de la ficelle supplémentaire par la suite.
- Fermez la porte et commencez à presser en poussant le piston
- Utiliser de petites quantités pour assurer un bon compactage
- Retirer l'insert lorsque suffisamment de matériau a été mis en balles
- Enfilez la ficelle autour de la balle et nouez-la
- Porte ouverte
- Remove la balle en poussant le piston
Veuillez regarder la vidéo suivante pour la procédure de mise en balles :
Remarque : cette vidéo montre la toute première fois que j'ai créé une balle sur le prototype. L'ensemble du processus a pris moins de 20 minutes. Avec un assistant et plus de pratique, ce temps sera considérablement réduit, de sorte qu'en une journée, suffisamment de balles pourraient être fabriquées pour une petite maison. Le matériau mis en balles est également vieux et humide, deux propriétés inutiles. Cela a été fait simplement parce que ce matériau était disponible.
Recommandations spécifiques à la machine
As the video showed it is possible for an individual to operate this baler, however it is more efficient to have two. One person can load the material to be baled while the second operates the piston. Switching reduces the monotony of the process while making sure neither worker gets tired.
Further improvements to the baler would include making it mobile by adding wheels. These wheels would have to flip up during the baling procedure to ensure the contraption does not move. This would allow the baler to be moved around a field to additional material that needs to be baled. Placing two wheels at the door end would allow this contraption to be pushed or pulled by human or preferably an animal. Since there is a large force being applied during the baling procedure, the entire structure is prone to moving in this direction. If this is a nuisance or hampers the bailing process dead weight can be added to the base of the structure which increases the frictional force resisting movement. Alternatively wedges or spikes that are attached to the structure would resist this motion as they act as anchors.
Bales expand once they have left the bailing chamber, if a specific bale size is required, experimentation or further work can be done to match chamber sizes with actual bale sizes. All bales made from non conventional methods, or mechanical balers, should undergo testing to assess their suitability for construction. Indicators of moisture content, dry density, wetting history, fibre length and material constitution are all necessary to determine usefulness as a building material.[4]Additional problems arise when using bales produced by machines like this for structural applications. The nature of the machine produces bales with some variability. Changes in bale density can be attributed to different piston packing force and the amount of material baled at a time. Hand tying in an enclosed area also introduces variability.Additional information on strawbale construction can be found here on appropedia, while the Wikibook on Straw bale construction is a slightly more comprehensive resource.
Alternative Technologies
Il existe des dispositifs de mise en balles alternatifs à faible coût. La mise en balles en caisses est une méthode simple, avec une méthode explicite. Une simple presse à foin de l'arrière-pays peut être trouvée sur le CD3WD. Une étude de recherche menée par le ministère britannique du développement international dans le cadre du programme de production animale a fourni des preuves des avantages de la mise en balles de fourrage en caisses pour les producteurs de lait en Tanzanie. Il existe des appareils comme la presse à balles de paille de pin mobile de Clark Dorman , mais bien que nettement plus petite et moins chère que les moissonneuses-batteuses, elle est toujours alimentée par un moteur à essence. La meilleure alternative est utilisée et développée par l' organisation Pakistan Straw Bale and Appropriate Building (PAKSBAB). PAKSBAB s'efforce d'appliquer des méthodes de construction appropriées dans cette région d'activité sismique pour créer des maisons résistantes aux tremblements de terre. Pour la fabrication des balles de paille, un moule à compression et un cric de ferme à propulsion humaine sont utilisés. Cet appareil est probablement plus cher que la conception de Larry McWilliams car il est en acier, mais il est plus simple, plus rapide, nécessite moins d'effort humain et réduit la variabilité des balles.
Références
- ↑ BBC. Le saviez-vous ? Les céréales. http://www.bbc.co.uk/gardening/gardening_with_children/didyouknow_cereals.shtml (consulté le 13 avril 2010).
- ↑ Conseil de la science et de la technologie pour le développement international, Bureau des affaires internationales, Conseil national de la recherche. Récoltes perdues en Afrique : Volume I : Céréales . Washington, DC : National Academy Press, 1996.
- ↑ Gouvernement de l'Alberta. « Using Straw as a Farm Heating Fuel » (Utilisation de la paille comme combustible de chauffage agricole). Agriculture and Rural Development (Agriculture et développement rural). 6 janvier 2010. http://web.archive.org/web/20170109090115/http://www1.agric.gov.ab.ca:80/$department/deptdocs.nsf/all/eng3127 (consulté le 13 avril 2010).
- ↑ Jump up to: 4.0 4.1 4.2 King, Bruce. Conception de bâtiments en bottes de paille. San Rafael, CA : Green Building Press, 2006.
- ↑ Bou-Ali, G. Balles de paille et systèmes de murs en balles de paille. Thèse de maîtrise, Tucson : Université de l'Arizona, 1993
- ↑ Tattersall, Graeme H. EFFETS DE LA DENSITÉ SUR LES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES DES BALLES DE PAILLE. Thèse, Kingston : Queen's University, 2010.