WWW.DISUS.RU

БЕСПЛАТНАЯ НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Повышение эффективности уборки и послеуб о рочной доработки зерновых культур в условиях северо-западного региона рф путем совершенствования технологических проце с сов и технических средств

На правах рукописи

кузовников михаил михайлович

Повышение эффективности уборки и

послеуборочной доработки зерновых культур в условиях Северо-Западного региона РФ путем совершенствования технологических

процессов и технических средств

Специальность 05.20.01 –

«Технологии и средства механизации сельского хозяйства»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург – 2010

Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук».

Научный руководитель – кандидат технических наук, доцент

Перекопский Александр Николаевич

Официальные оппоненты: – доктор технических наук, профессор

Новиков Михаил Алексеевич;

– кандидат технических наук,

старший научный сотрудник

Мороз Александр Карпович.

Ведущая организация – ФГУ «Северо-Западная Государственная зональная
машиноиспытательная станция»

Защита состоится 25 марта 2010 г. в 900 часов на заседании
диссертационного совета Д 006.054.01 при Государственном научном учреждении «Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук» по адресу: 196625, Санкт-Петербург, Тярлево, Фильтровское ш., д. 3, ауд. 201, факс (812) 466-56-66, сайт www.sznii.ru

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ГНУ
СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии.

Автореферат разослан « 19 » февраля 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Черей Н.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Для эффективного ведения производства и получения высококачественной продукции требуется реконструкция системы кормопроизводства и кормления скота на принципиально новой технологической и организационно-хозяйственной основе. Она должна базироваться, в
первую очередь, на максимальном использовании биологического потенциала сельскохозяйственных растений и животных, применении таких технологий, которые позволяют наиболее эффективно использовать природные ресурсы. Данную задачу трудно решить без производства достаточного количества зерна.

Уборка зерновых является сложным и трудоемким технологическим
процессом. Северо-Запад РФ является зоной повышенного увлажнения, поэтому, во время уборки, работа комбайнов с бильным молотильно-сепарирующим устройством проходит в сложных погодных условиях. Это влечет за собой
снижение их производительности, увеличиваются сроки уборки и потери
урожая. Поэтому необходима разработка нового экономически эффективного способа обмолота высоковлажного зерна и устройства для его осуществления.

Для сохранения всего собранного урожая зерновых, имеющих высокую влажность, необходима его срочная консервация. Сушка является одним из
основных способов консервации зерна. Она необходима для снижения
влажности зерна, повышения его сохранности и улучшения качества. В последнее время для сушки зерна широкое применение находят сушилки карусельного
типа. Однако процесс сушки зерновых на сушилках карусельного типа остается недостаточно изученным. Поэтому исследование процесса сушки на
карусельных сушилках позволит определить оптимальные параметры сушилки,
снижающие энерго- и ресурсопотребление.

Снизить энерго- и ресурсопотребление при послеуборочной обработке зерна с помощью сушки можно за счет внедрения новых технологий его
консервирования. Это особенно актуально для Северо-Западного региона, где до 80% валового производства зерновых используется на фураж.

Решению теоретических и методических проблем производства зерновых культур, а также выбору рациональных технологий его производства,
повышающих их эффективность при производстве продукции КРС, и посвящено данное исследование.

Цель исследования. Повышение эффективности уборки и
послеуборочной доработки зерновых культур в условиях Северо-Западного региона РФ путем оптимизации технологических процессов.

Объект и предмет исследований. Объектом исследования являются
технологические процессы уборки и послеуборочной доработки семян и кормов из зерновых культур. Предметом исследования являются условия производства и процессы выполнения технологических работ уборки и послеуборочной
доработки семян и кормов из зерновых культур комплексами технических средств в условиях Северо-Западного региона РФ.

Научная новизна работы заключается в разработке теоретических предпосылок оптимизации технологических процессов и операций при уборки и послеуборочной доработке семян и кормов из зерновых культур на основе
моделей производства, включающих в себя:

- сравнительный анализ погодных условий при уборке и послеуборочной
доработке семян и кормов из зерновых культур;

- определение технико-экономических показателей экспериментальной сушилки карусельного типа в зависимости от высоты высушиваемого слоя зерна;

  • сравнительный анализ технологических схем уборки и послеуборочной
    доработки семян и кормов из зерновых культур.

Практическая значимость работы

- технологические схемы уборки зерновых культур в условиях высокого
увлажнения, позволяющие заготовить различные виды корма в разные фазы вегетации;

- способ обмолота зерновых культур и устройство для его осуществления,
позволяющее снизить потери зерна при обмолоте и обеспечить
энергосбережение (патент № 2351115);

- технологические настройки карусельной сушилки в зависимости от начальной влажности и предназначения зерна.

Апробация и реализация результатов исследования. Основные
положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Международной научно-практической конференции молодых ученых «Молодые ученые –
возрождению агропромышленного комплекса России», Брянск, Брянская ГСХА, 2006; конференции молодых ученых и аспирантов Северо-Западного научно-методического центра Россельхозакадемии «Формирование конкурентоспособности молодых ученых», г. С.-Петербург-Пушкин, 2006; научно-практической конференции «Инновации молодых ученых – развитию АПК России», Великие Луки, РИО ВГСХА, 2006; научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов, проходивших в СПГАУ в
2007-2010 гг., г. С.-Петербург-Пушкин; 5-й и 6-й международных научно-практических конференциях «Экология и сельскохозяйственная техника», г. С-Петербург - Пушкин, 2007, 2009 г.

Результаты исследования апробированы в производственных условиях в ряде сельскохозяйственных организаций Ленинградской области, в частности,
в ОАО ПЗ «Красногвардейский», ЗАО ПЗ «Агробалт» и ЗАО «Осьминское», о чем имеется официальное подтверждение.

Публикации. Результаты исследований по теме диссертационной работы опубликованы в одиннадцати работах.

На защиту выносятся следующие положения:

- метод исследования технологических операций уборочного процесса в зависимости от погодных условий;

- способ обмолота зерновых культур двухбарабанным молотильно-сепарирующим устройством и устройство для его осуществления;

- методика исследований сушки зерна в толстом слое на
экспериментальной сушилке;

- результаты экспериментальных исследований по сушке зерна в толстом слое на экспериментальной сушилке;

- оценка экономической эффективности результатов работы.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных литературных источников и
приложений. Содержит 126 страниц, 23 таблицы, 28 рисунков. Список
литературы включает 128 наименований, в том числе 7 на иностранных языках.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложены актуальность темы и сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса, цель и задачи исследований»
приведен обзор состояния производства семенного зерна и кормов из зерновых культур в Ленинградской области и Северо-Западном регионе. Дана оценка
погодно-климатических условий Северо-Запада. Рассмотрены перспективные технологии и технические средства уборки и послеуборочной доработки семян и кормов из зерновых культур.

Вопросам теории, расчета технологических процессов послеуборочной обработки зерна высокой влажности, проектирования поточных линий,
снижения потерь зерна, повышения производительности при производстве
семенного материала посвящены работы В.И. Анискина, В.М. Могильницкого, Ю.К. Ковальчука, А.С. Гинзбурга, В.П. Елизарова, В.Ф. Самочетова, Ф.Н. Эрка, В.Д. Галкина, В.И. Ромалийского, В.И. Дешко, А.Н. Перекопского.

Большой вклад в исследование и разработку методов формирования
технической оснащенности сельскохозяйственного производства внесли Р.Ш. Хабатов, В.Г. Еникеев, А.М. Валге, Э.И. Липкович, В.С. Сечкин, Б.Д. Докин, Э.А. Финн и другие исследователи. Теоретические методы проектирования
технологий рассмотрены в работах В.Д. Попова. Проблемы адаптивных систем ведения сельского хозяйства, технологий и технических средств освещены в работах А.Н. Каштанова, В.И. Особова и других исследователей. Аналогичные работы ведутся за рубежом.

Главной, наиболее существенной особенностью функционирования
технологий и технических средств уборки и послеуборочной доработки семян и кормов из зерновых культур является существенная зависимость их от погодных условий. Для Северо-Запада РФ характерно большое количество дней с неблагоприятными погодными условиями, что влечет за собой растягивание сроков уборки, увеличение потерь, снижение качества и питательности продукции.

Для решения части проблем, возникающих при уборке зерновых по
традиционной технологии, в настоящее время разработаны и апробированы в условиях Северо-Запада ряд технологий, позволяющих получить из зернофуражных культур биологически полноценный корм. Уборка корма происходит в период, когда в растениях содержится больше всего питательных веществ. К данным технологиям можно отнести заготовку зерносенажа и плющеного зерна с внесением консервантов. Эти технологии позволяют снизить нагрузку на
уборочный и зерноочистительно-сушильный комплексы во время производства семенного зерна.

В пользу оптимального сочетания различных технологий приготовления фуражного зерна говорит и тот факт, что зерносенаж и плющеное зерно более эффективны для скармливания молочным коровам, так как они благоприятствует развитию продуктивной микрофлоры уксусной кислоты, а зерно, убираемое в фазе полной спелости, более богато крахмалом и благоприятствует развитию продуктивной микрофлоры пропионовой кислоты, что наиболее ценно при
откорме животных на мясо.

В соответствии с изложенным, для достижения цели работы были
поставлены следующие задачи:

- предложить метод исследования технологических операций уборочного
процесса в зависимости от погодных условий;

- провести анализ погодных условий по месяцам, соответствующим периоду уборки зерновых культур;

- предложить технологические схемы уборки и послеуборочной доработки
зерновых культур, наиболее соответствующие климатическим условиям
Северо-Запада РФ;

- разработать новый способ уборки зерновых и устройство для его осуществления;

- экспериментально, с использованием математического моделирования, изучить процесс сушки высоковлажного зерна в экспериментальной сушилке
карусельного типа с целью определения рациональной толщины
высушиваемого слоя;

- провести сравнительную энергетическую и экономическую оценку эффективности технологий уборки и послеуборочной доработки семян и кормов из
зерновых культур.

Во второй главе «Теоретические исследования» рассмотрен математический метод исследования технологических операций уборочного процесса с
помощью регулярной Марковской цепи, позволяющий выбирать оптимальные или рациональные варианты решений о предполагаемых темпах выполнения уборочных работ по выбранным технологиям с учетом вероятности неблагоприятных погодных условий.

Модель технологического процесса уборки при вероятностном характере изменения погодных условий представляет собой регулярную Марковскую цепь, имеющую несколько состояний. Пять возвратных состояний системы, характеризующих состояние спелости зерновых: молочная; молочно-восковая;
восковая; полная восковая и полная. Пять поглощающих состояний, характеризующих технологию уборки зерновых: заготовка зерносенажа; уборка и
послеуборочная доработка плющенного зерна; уборка и послеуборочная
доработка фуражного зерна сушкой; уборка и послеуборочная доработка
семенного материала; потери неубранного урожая. Переход системы из одного состояния в другое зависит от вероятности благоприятных погодных условий Р1. Через Р1 выражают вероятности уборки зерновых Р2…8 по определенной
технологии в определенную фазу спелости.

По погодным условиям часть площади будет убрана на зерносенаж с вероятностью:

. (1)

С вероятностью P1 общая площадь посева S0 перейдет в стадию
молочно-восковой спелости, т.е:

. (2)

С вероятностью P4 часть площади посева S1 будет убрана на плющенное зерно, а площадь S2, равная разнице между общей площадью посева S0 и площадью, убранной на плющенное зерно S1, перейдет в состояние восковой спелости.

В состоянии восковой спелости часть площади S1 может быть убрана на фураж для последующего плющения или сушки с вероятностями P5 и P6
соответственно. В полную восковую спелость перейдет площадь:

. (3)

Неубранная площадь (4) перейдет в состояние полной спелости зерна, когда есть возможность убрать зерно на фураж и семена:

. (4)

Площадь уборки зерна на семена не должна жестко зависеть от вероятности погодных условий и с учетом урожайности обеспечить необходимое количество семян. Площадь, которая не будет убрана из-за неблагоприятных погодных условий, будет равна S5.

При выращивании зерновых культур на корма основной задачей является получение кормов с максимальным содержанием питательных веществ.

Для животноводства в условиях типичных с.-х. организаций Северо-Западного региона наиболее ценным кормом является зерносеннаж с выходом до 4945 к.ед./га. При уборке на плющеное зерно корм содержит 3434 к.ед./га. Высушенное фуражное зерно дает 2156 к.ед./га основной продукции.

В соответствии с (1)…(4) максимальное количество зерносенажа по
погодным условиям будет:

. (5)

Максимальное количество плющеного зерна будет:

. (6)

Максимальное количество зерна на фураж сушкой будет:

. (7)

Максимальное количество семенного зерна будет:

. (8)

Максимальное количество семенного зерна должно соответствовать
объему, высеваемому на площади, запланированной на следующий год с учетом перспективы развития.

Зерно, которое не будет убрано на какой-либо вид продукции, будет
потеряно. Максимальное количество потерь будет:

. (9)

Общее количество площадей, убранных на корма различного вида, должно быть равно общей площади посевов S0.

Соотношения (5)…(9) определяют возможные по погодным условиям максимальные площади уборки, сумма которых не во всех случаях соответствует соотношению (10).

. (10)

По тактическим соображениям объемы X1…5 можно изменять в меньшую сторону, т.к. эти площади при заданных условиях заведомо будут убраны. Для того чтобы иметь поисковое пространство по каждой переменной, примем
минимальное значение:

. (11)

Оптимальное распределение площадей уборки по видам кормов зависит от вероятности погодных условий и должно обеспечивать получение
максимального количества питательных веществ в корме.

Целевая функция будет:

. (12)

При этом количество семян должно быть не меньше заданного, а потери зерна во всех случаях должны быть минимальными.

Возможные вероятности переходов P3…8 в Марковской цепи могут быть определены только на основе многолетних данных. Они также зависят от
основной вероятности погодных условий P1. При модельных расчетах желательно выразить вероятности P3…8 через вероятность P1, так как в этих условиях можно будет проследить влияние погодных условий уборки на распределение площадей уборки по видам кормов из зерна.

На вероятности возможных переходов накладываются условия существования Марковской цепи, в соответствии с которой сумма выходящих из узла
вероятностей должна равняться единице.

Поэтому должен соблюдаться ряд равенств, которые после подстановки выражения выглядят следующим образом:

; (13)

; (14)

. (15)

Соотношения (13)…(15) определяют взаимосвязь возможных вероятностей перехода и могут изменяться в различных пропорциях.

Для апробации алгоритма на компьютере приняли вероятности в следующем виде:

; (16)

; (17)

. (18)

Для оценки влияния благоприятных погодных условий на показатели уборки зерновых выполнены расчеты для вероятностей погодных условий в
интервале 0…1,0 с шагом 0,1. Алгоритм реализован в системе Excel 2003 в виде задачи математического программирования и позволяет выполнить анализ
разработанного метода при различных значениях вероятности (рис. 1).

 Программа расчета оптимальных площадей уборки Применяемый-19

 Программа расчета оптимальных площадей уборки Применяемый-20

Рис. 1. Программа расчета оптимальных площадей уборки

Применяемый повсеместно в мире на комбайнах бильный молотильный аппарат не достаточно эффективен на уборке хлебов повышенной влажности. Новый способ обмолота зерновых культур двухбарабанным молотильно-сепарирующим устройством и устройство для его осуществления (патент №2351115 РФ) (рис. 2) позволяет повысить надежность технологического процесса, производительность обмолота и эффективность работы устройства. В целом это достигается за счет того, что в процессе обмолота оказывается ударное, вытирающее и очесывающее немонотонное воздействие на обмолачиваемую культуру.

Рис. 2. Схема молотильного устройства:

1, 2 – барабаны; 3,4 – прутково-планчатые деки; 5 – отбойный битер

Обмолот в обоих молотильных аппаратах осуществляется при одинаковых скоростных режимах и молотильных зазорах с оказанием энергетического воздействия на обмолачиваемую культуру на двух уровнях интенсивности
силового воздействия – высоком и низком. Барабаны оснащены рядами зубьев разной высоты. На одном из барабанов винтовая линия расположения зубьев выполнена левой, а на втором правой. За счет этого происходит попеременное перемещение обмолачиваемой культуры вдоль осей барабанов в противоположных направлениях, что исключает одностороннее уплотнение, увеличивает путь его перемещения по поверхности деки, способствуя улучшению вымолота и
сепарации зерна.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных
исследований» рассмотрен анализ погодных условий в период уборки и послеуборочной доработки кормов и семян из зерновых культур при различных
технологиях, приведена программа и методика экспериментальных исследований.

Методика проверки технологий заключалась в наблюдении, изучении применяемых технологических процессов уборки и послеуборочной доработки культур в хозяйствах Ленинградской области, проведении хронометража работ, сборе информации об испытаниях техники по результатам испытаний СЗ МИС. Статистический материал с показателями работы машин получен во время
уборки и послеуборочной обработки зерновых культур в ЗАО ПЗ «Рабитицы», ЗАО ПЗ «АгроБалт», ОАО ПЗ «Красногвардейский» в течение сезонов
2005-2009 гг.

Погодные условия не всегда благоприятствуют выполнению технологических процессов заготовки семян и кормов из зерновых культур, а это
вызывает увеличение сроков уборки, снижение качества и потерю зерна.

Для анализа погодных условий были использованы данные, полученные на гидрометеостанции Белогорка за июль, август и сентябрь месяцы за 9 лет. Обработка выполнена по следующим показателям:

- выпадения осадков;

- периодичности выпадения осадков;

- температуры воздуха в 13 часов.

Наиболее важным показателем для уборки урожая является вероятность благоприятных погодных условий.

Чаще всего количество благоприятных дней соответствует некоторому среднему значению, соответствующему средним погодным условиям, которое можно определить из функции распределения.

Случайные процессы с двумя состояниями (хорошие – плохие погодные условия) подчиняются биномиальному закону распределения, плотность
распределения которого определяется соотношением:

, (19)

где m – число случаев появления события из n опытов;

p – вероятность появления единичного случая.

Плотность распределения в функции от m имеет экстремум, а следовательно, можно определить значение m, при котором будет , т.е. необходимо определить наиболее вероятное количество дней с благоприятными
условиями на некотором временном интервале.

Расчет показал, что средние вероятности благоприятных условий для каждого из месяцев составили: июль – 0,6; август – 0,55; сентябрь – 0,4. Выполненные расчеты для различных значений вероятностей благоприятных погодных условий и планируемых длительностей заготовки кормов в условиях Ленинградской области показывают, что при сроке уборки до 15 дней количество
благоприятных дней в среднем составляет в сентябре месяце 7 дней, и возрастает до 10 дней в августе.

Вследствие большой вероятности неблагоприятных погодных условий Северо-Западного региона увеличивается вероятность поступления зерна повышенной влажности. Зерно высокой влажности, предназначенное для семенных целей, невозможно сохранить без искусственной сушки.

Большинство используемых для сушки зерна повышенной влажности зерносушилок работают неудовлетворительно. Это объясняется тем, что их
технологические параметры не рассчитаны на сушку зерна высокой влажности. В связи с тем, что влияние температуры теплоносителя и его скорости
рядом исследователей изучено достаточно полно, в настоящей работе было
уделено внимание исследованию влияния толщины слоя на процесс сушки
зерна. Ввиду сложности процессов тепло- и массообмена и недостаточной изученности свойств зернового материала при его сушке в толстом слое на сушилках карусельного типа, построение математических моделей рационально осуществлять экспериментальным путем. Для проведения исследований разработана экспериментальная установка, работающая в составе экспериментальной технологической линии послеуборочной обработки зерновых культур.

На пункте зерно обрабатывается по поточно-пульсирующей технологии, когда при общей поточности процесса можно проводить отдельные операции независимо от других. Это обеспечивается применением на пункте вентилируемых емкостей временного хранения зерна. Важным моментом для этой технологии является разрыв «жесткой связи» между полем и пунктом. В общем
процессе должны быть выделены операции: прием зерна, сушка и очистка.

Экспериментальная сушильная установка (рис. 3) представляет собой вращающуюся платформу с перфорированным дном 1, на которую сверху через загрузочное устройство 7 поступает влажное зерно заданной высотой слоя, в нижней части слоя зерна при помощи шнекового выгрузного устройства 8,
осуществляется выемка нижнего, высохшего слоя. Карусель вращается за счет привода 5. Подогретый воздух от теплогенератора 3 с помощью вентилятора 2 через воздуховод подается в сушилку. Подача воздуха регулируется заслонкой на воздуховоде. Необходимая температура в теплогенераторе поддерживается за счет автоматической горелки 4. Управление сушилкой осуществляется с
помощью блока управления 6.

 Схема экспериментальной установки для сушки зерна (вид сверху) -24

Рис. 3. Схема экспериментальной установки для сушки зерна (вид сверху)

Применение регрессионных методов исследования процесса сушки
семенного материала в производственных условиях ограничено сроками уборки зерновых культур, а также возможностями выбора режимов сушки, не снижающих качественных показателей зерна. Для изучения статических свойств
сушильной камеры в более широком диапазоне изменения начальной влажности зерна WН необходимо получение нескольких регрессионных моделей. Их можно получить по результатам испытания сушилки в различные дни при разных
средних значениях первоначальной влажности зерна. Кроме того, каждая
полученная модель справедлива лишь для определенного режима протекания процесса сушки, поддерживаемого в процессе одного опыта. Поэтому для
построения моделей применялись методы планирования эксперимента с последующей проверкой получаемых уравнений на адекватность.

Высота высушиваемого слоя в сушилке составляла 0,45 м и была условно разделена на три зоны – А, В и С (рис. 4). Толщина зерна каждой зоны
составляет 0,15 м. Зерно в зоне А находится на платформе сушилки, зоны В – на зерне зоны А, зоны С – на зерне зоны В.

 Схема экспериментальной установки для сушки зерна (вид сбоку) На-25

Рис. 4. Схема экспериментальной установки для сушки зерна (вид сбоку)

На процесс сушки наряду с параметрами теплоносителя оказывает влияние усадка зерна. Поэтому предусматривалось исследование изменения усадки высоты высушиваемого слоя в процессе сушки.

Проверка адекватности разработанной методики определения оптимальной высоты высушиваемого слоя зерна на экспериментальной сушилке
карусельного типа производилась в производственных условиях на базе Меньковской опытной станции.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» представлены результаты обработки выполненных экспериментов. Проведен анализ статистических характеристик процесса сушки.

В результате обработки получены значимые математические модели в виде уравнений регрессии. Данные, полученные в ходе проведения опытов,
обрабатывались на персональном компьютере (с использованием электронных таблиц Microsoft Excel).

В результате исследования процесса сушки на экспериментальной
сушилке карусельного типа получили кривые сушки и нагрева зерна в слоях
разной толщины. Анализ показал, что наиболее интенсивно сушка проходит в зоне А, где происходит быстрый влагосъем, при этом температура зерна достигает наибольших значений (рис. 5, а). Зерно в зоне В в основном предварительно прогревается, наблюдается незначительное увеличении его влажности в начале сушки, происходит процесс отлежки с перераспределением влаги. Зона С характеризуется значительным переувлажнением за счет влаги, испаренной теплоносителем из зоны А и В. Влажность зерна в зоне С к концу сушки зоны А после переувлажнения снижается на 1-2% относительно своей первоначальной
влажности (рис. 5, б). При малой первоначальной влажности снижения влажности в этой зоне практически не происходит.

а б

Рис. 5. Изменение: а – влажности W и температуры t семян пшеницы по высоте слоя (время сушки Т=110 мин); б – влажности W семян в каждой зоне (время сушки Т=160 мин) (параметры опыта: tперв=15,4°С, первоначальная
влажность зерна WН=20,3%, температура теплоносителя tтепл=65°С)

Количественная зависимость между временем сушки Т и влажностью W в данный момент времени в зоне А (20), В (21), С (22) при начальной влажности зерна WH=20,3% аппроксимировали полиномом второго порядка:

, (R2=98,2%); (20)

, (R2=97,9%); (21)

, (R2=96,7%). (22)

Анализ полученных результатов показывает, что начальная влажность и режим сушки зерна оказывают значительное влияние на производительность, потребляемую энергию и удельный расход энергии (рис. 6).

а б

Рис. 6. Производительность сушилки Q т/ч (а) и затраты на сушку 1 т зерна (б) в зависимости от первоначальной влажности (1 – продовольственный режим; 2 – семенной режим)

Так, при первоначальной влажности зерна 22% производительность на семенном режиме снижается в 2,1 раза, а затраты на 1 тонну возрастают в 1,3 раза по сравнению с режимом сушки зерна на фураж.

При сушке, по мере удаления влаги из зерна, оно уменьшает свои
размеры. С уменьшением объема зерна уменьшается объем всей зерновой
массы. На рис. 7 представлен график изменения высоты зернового слоя в процессе сушки.

Рис. 7. Изменение высоты слоя зерна в процессе сушки (параметры опыта: tперв=15,4°С, первоначальная влажность зерна WН=20,3%, температура теплоносителя tтепл=60°С)

Уравнение регрессии, выражающее изменение высоты слоя зерна в
процессе сушки (R2 = 99%):

Н = 0,0002x2 - 0,069x + 44,8, (23)

где Н – высота слоя, см;

х – время сушки, мин.

Высота зоны А в конце сушки из-за усадки составляет 0,13 м, что равняется высоте выгружаемого слоя. Привод сушилки позволяет платформе совершить один оборот за 40 минут. Проведенные опыты показывают, что за данное время влажность зерна снижается на 3-4 %. Отсюда следует, что работа сушилки в потоке может проходить при первоначальной влажности зерна не более 18% при условии установившейся работы сушилки в семенном режиме и доведения влажности семян до 14%. Работа сушилки в потоке может происходить и при более высокой первоначальной влажности зерна при условии досушивания до кондиционных показателей зерна в установках активного вентилирования
(вентилируемый бункер БВ). Однако следует учитывать, что установки позволяют снизить влажность лишь на 1-2%.

Слой зерна толщиной 0,3 м за весь цикл сушки при любой начальной влажности снижается до такой влажности, которую имел слой зерна 0,15 м в середине цикла сушки. В слое 0,3 м зерно незначительно переувлажняется, но при этом происходит его прогрев и выравнивание по влажности отдельных
зерен. Это благоприятно сказывается на дальнейшей сушке, т.к. снижается такой показатель, как неравномерность сушки. Поэтому, наиболее оптимальным слоем является слой 0,3 м при начальной влажности 28%.

Вероятность неблагоприятных погодных условий оказывает существенное влияние на качество уборки (рис. 8).

 Соотношение площадей, убранных по разным технологиям в зависимости от-34

Рис. 8. Соотношение площадей, убранных по разным технологиям в
зависимости от вероятности неблагоприятных погодных условий

Так, при вероятности неблагоприятных погодных условий Р=0,6 зерновые культуры будут убраны: на зерносенаж 52%; на плющенное зерно – 19,2%; на фураж – 15,8%, на семена – 13%; потери составят 0%. Также видно, что при Р>0,6 значительно возрастают потери.

В результате проектирования технологических схем уборки и послеуборочной доработки семян и кормов из зерновых культур были выбраны четыре схемы работы комплексов технических средств в сельскохозяйственных предприятиях Ленинградской области молочного направления с поголовьем 1000 дойных коров:

- технологическая схема уборки зерносенажа (до 5000 т в сезон; 43-62% убираемой площади);

- технологическая схема уборки и послеуборочной доработки фуражного зерна плющением и внесением консерванта с закладкой его на хранение (до 1000 т в сезон; 15-20% убираемой площади);

- технологическая схема уборки и послеуборочной доработки фуражного зерна с сушкой и последующим дроблением (до 500 т в сезон; 15-27% убираемой площади);

- технологическая схема уборки и послеуборочной доработки семенного зерна (до 500 т в сезон; 13-19% убираемой площади).

В пятой главе «Энергетическая и экономическая эффективность»
приведены результаты энергетической и экономической эффективности использования предложенных технологий.

Внедрение технологии уборки зерносенажа позволяет значительно
сэкономить трудовые (более чем в 2 раза по сравнению с технологией заготовки плющеного зерна и более чем в 4 раза – с технологией сушки и дробления
фуражного зерна) и энергетические ресурсы (в 1,37 раза по сравнению с технологией заготовки плющеного зерна и в 1,2 раза – с технологией сушки и
дробления фуражного зерна) на 1 тонну готовой продукции. Затраты на приобретение дорогостоящей техники окупаются за 3,2 года.

Увеличить экономический эффект применения технологий можно за счет применения предлагаемого нового способа обмолота зерновых культур двухбарабанным молотильно-сепарирующим устройством. Обмолот комбайном,
оснащенным двумя барабанами с зубовыми бичами на уборке высоковлажного зерна позволяет снизить дробление в 2,5 раза (с 0,5% до 0,2%), потери за
молотилкой в 2 раза (с 3,2% до 1,6%), расход топлива в 1,16 раза (с 2,5 кг/т до 2,16 кг/т) по сравнению с комбайном, имеющим два бильных барабана.

Ожидаемый годовой экономический эффект от использования нового
способа обмолота при уборке 500 га зерновых за счет снижения основных затрат и реализации дополнительной продукции составляет: по технологии плющение и консервирование зерна – 48171руб.; при заготовке фуражного зерна –
96533 руб.; при заготовке семенного зерна – 132753 руб.

Оптимальная толщина загрузки сушилки зерном слоем 0,3 м по сравнению с загрузкой слоем 0,45 м на операции сушка дает более чем в два раза
снижение затрат на потребленные энергоресурсы на 1 т: на 187,45 руб./т при сушке фуражного зерна и на 363,19 руб./т при сушке семенного зерна.

Предлагаемые технологии для уборки и послеуборочной доработки 1000 га зерновых культур: 1 вариант – уборка на зерносенаж; 2а – уборка и
послеуборочная доработка плющеного зерна (плющение + консервирование) (уборка Енисей КЗС-954); 2б – уборка и послеуборочная доработка плющеного зерна (плющение + консервирование) (уборка Енисей КЗС-957); 3а – уборка и послеуборочная доработка фуражного зерна (сушка + дробление) (уборка Енисей КЗС-954); 3б – уборка и послеуборочная доработка фуражного зерна сушка + дробление (уборка Енисей КЗС-957); 4а – уборка и послеуборочная доработка семян (уборка Енисей КЗС-954); 4б – уборка и послеуборочная доработка семян (уборка Енисей КЗС-957). Показатели эффективности предлагаемых технологий показаны в таблице.

Показатели эффективности предлагаемых технологий

Показатель Вариант технологии
1
Затраты труда на 1 т, чел.-ч/т 0,27 0,60 0,56 1,37 1,18 2,92 2,70
Зарплата с начислениями, руб./т 21,8 51,8 48,3 85,5 74,5 208,0 192,7
Затраты на потребленные энергоресурсы, руб./т 47,3 142,9 133,1 290,9 285,7 315,8 277,0
Затраты амортизации и ТР, руб./т 492,8 755,6 768,1 898,7 779,7 1245,6 1254,6
Себестоимость 1т, руб./т 711,3 1142,0 1141,2 1275,2 1139,9 2152,9 1724,3
Себестоимость 1т к.ед., руб./т к.ед. 768,2 1042,7 1031,7 1386,6 1227,2 2152,9 2098,1
Итого энергозатрат на 1 т к.ед., МДж/к.ед. 1021,1 320,9 315,3 765,1 759,4 864,6 678,4
Энергетическая эффективность 13,57 21,85 22,24 11,98 12,07 10,60 13,51

Основные выводы и рекомендации

1. Предложен математический метод исследования технологических операций уборочного процесса с помощью регулярной Марковской цепи, позволяющий выбирать рациональные варианты решений о предполагаемых темпах выполнения уборочных работ по выбранным технологиям с учетом вероятности неблагоприятных погодных условий. Для оценки влияния погодных условий на показатели уборки зерновых выполнены расчеты для вероятностей погодных условий в
интервале 0…1,0 с шагом 0,1, которые показали, что при вероятности неблагоприятных погодных условий более 0,6 значительно возрастают потери урожая.

2. Сравнительный статистический анализ влияния погодных условий
показал, что при уборке зерновых культур в более ранние сроки вероятность благоприятных погодных условий значительно выше, что положительно сказывается на проведении уборочных работ. Средние вероятности благоприятных условий для каждого из месяцев: июль – 0,6; август – 0,55; сентябрь – 0,4.

3. Применение нового способа обмолота зерновых культур двухбарабанным молотильно-сепарирующим устройством с зубовыми бичами (патент №2351115) на уборке высоковлажного зерна позволяет снизить дробление в
2,5 раза (с 0,5% до 0,2%), потери за молотилкой в 2 раза (с 3,2% до 1,6%), расход топлива в 1,16 раза (с 2,5 кг/т до 2,16 кг/т) по сравнению с комбайном, имеющим два бильных барабана.

4. Эксплуатационными исследованиями на экспериментальной сушилке установлено, что на экспозицию сушки зерна на экспериментальной сушильной установке оказывает влияние толщина загружаемого слоя зерна в сушилке (20)…(22). Предложен рациональный слой высушиваемого зерна толщиной 0,3 м, позволяющий по сравнению с загрузкой слоем 0,45 м на операции сушки иметь более чем в два раза снижение затрат на потребленные энергоресурсы на 1 т: на 187,45 руб./т при сушке фуражного зерна и на 363,19 руб./т при сушке семенного зерна.

5. Предложены четыре схемы работы комплексов технических средств для сельскохозяйственных организаций Ленинградской области, позволяющие заготовить: 1) зерносенаж (до 5000 т в сезон; 43-62% убираемой площади);
2) фуражное зерно плющением и внесением консерванта с закладкой его на хранение (до 1000 т в сезон; 15-20% убираемой площади); 3) фуражное зерно с сушкой и последующим дроблением (до 500 т в сезон; 15-27% убираемой площади); 4) семенное зерно (до 500 т в сезон; 13-19% убираемой площади).

6. Выполнен сравнительный экономический и энергетический анализ предлагаемых технологий уборки и послеуборочной доработки зерновых культур. Внедрение предлагаемых мероприятий дает снижение энергозатрат до
38% на 1 т. к. ед. основной продукции. Ожидаемый экономический эффект от использования предлагаемых мероприятий при уборке общей площади зерновых в 500 га и последующей послеуборочной обработке составляет: по технологии плющения и консервирования зерна – 48171руб.; при производстве фуражного зерна – 96533 руб.; при производстве семенного зерна – 132753 руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Кузовников, М.М. Переработка фуражного зерна [Текст] / А.Н. Перекопский, М.М. Кузовников // Сельский механизатор. –2008. – №6. – С. 20-21.

2. Кузовников, М.М. Факторы, влияющие на выбор технологий заготовки фуражного зерна в условиях Северо-Запада РФ [Текст] / М.М. Кузовников // «Молодые ученые – возрождению агропромышленного комплекса России»: материалы Международной научно-практической конференции молодых ученых – Брянск: Брянская ГСХА. – 2006. – С. 102-105.

3. Кузовников, М.М. Выбор технологии послеуборочной обработки фуражного зерна [Текст] / М.М. Кузовников // Формирование конкурентоспособности молодых ученых: материалы конференции-школы молодых ученых и аспирантов Северо – Западного научно – методического центра Россельхозакадемии, СПб.-Пушкин. – 2006. – С. 65.

4. Кузовников, М.М. Формирование технологий производства фуражного зерна для условий Северо-Запада РФ [Текст] / А.Н. Перекопский, М.М. Кузовников //Инновации молодых ученых – развитию АПК России: материалы научно – практической конференции. – Великие Луки: РИО ВГСХА. – 2006. – С. 153-154.

5. Кузовников, М.М. Формирование технологий переработки фуражного зерна в сельскохозяйственных организациях Ленинградской области [Текст] / А.Н. Перекопский, М.М. Кузовников // Технологии и средства механизации сельского хозяйства: материалы научно – практической конференции. – СПб.: СПбГАУ. – 2007. – С. 76-79.

6. Кузовников, М.М. Определение емкости накопительных площадок при плющении фуражного зерна [Текст] / А.М. Валге, А.Н. Перекопский, М.М. Кузовников // Материалы 5-й международной научно-практической конференции «Экология и сельскохозяйственная техника». Том 2. – СПб.: ГНУ СЗНИИМЭСХ. – 2007. – С. 344-350.

7. Кузовников, М.М. Разработка алгоритма выбора технологии приготовления фуражного зерна [Текст] / А.Н. Перекопский, М.М. Кузовников // Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования: Сб. науч. тр. – СПб.: СПбГАУ. – 2008. – С. 143-146.

8. Кузовников, М.М. Формирование типоразмерного ряда предприятий послеуборочной обработки семенного и фуражного зерна [Текст] / А.Н. Перекопский, М.М. Кузовников //Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства: Сб. науч. Тр. – Вып. 80 – СПб.: гну
сниимэсх Россельхозакадемии. – 2008. – С. 20-26.

9. Кузовников, М. М. Формирование технологий производства семенного зерна в условиях Ленинградской области [Текст] /А.Н. Перекопский, М.М. Кузовников // Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования: Сб. науч. тр. – СПб.: СПбГАУ. – 2009. – С. 308-311.

10. Кузовников, М.М. Энергосберегающая технология послеуборочной обработки семенного зерна на базе производственно-экспериментального комплекса [Текст] /А.Н. Перекопский, М.М. Кузовников // Материалы 6-й международной научно-практической конференции «Экология и сельскохозяйственная техника». Том 2. – СПб.: ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии. – 2009. – С. 95-99.

11. Пат. №2351115 Российская Федерация, А01F12/18. Способ обмолота зерновых культур двухбарабанным молотильно-сепарирующим устройством и устройство для его осуществления [Текст] / М.И. Липовский, А.Н. Перекопский, М.М. Кузовников; заявитель и патентообладатель ГНУ СЗНИИМЭСХ. – Россия. – Опубл. 10.04.2009. – Бюлл. №6.

Подписано к печати 18.02.2010 г. Объем 1 печ.л. Тираж 100 экз. Заказ № 41.

Отпечатано на ризографе ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии



 



<
 
2013 www.disus.ru - «Бесплатная научная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.