Введение к работе
Актуальность проблемы. Продовольственная безопасность является составной частью национальной безопасности России и в значительной мере определяется валовым сбором зерна, необходимого для формирования семенных фондов, обеспечения продуктами питания населения и животноводства зернофуражом. В соответствии со стратегией машинно-технологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции России, разработанной Российской академией сельскохозяйственных наук, и Министерства сельского хозяйства РФ намечено в 2015.. .2020 гг. довести производство зерна до 95. 105 млн. т с долей фуражного зерна 35.55 млн. т. В настоящее время в том числе осложнилось положение с послеуборочной обработкой зерна и подготовкой семян. Из-за низкого качества семян страна ежегодно недобирает зерна порядка 10.15 млн.т.
В сельскохозяйственных предприятиях в основном применяют технологию послеуборочной обработки зерна с использованием зерноочистительных агрегатов и комплексов 60-х годов, выработавших свой физический и моральный ресурс.
Выбор и разработка ресурсосберегающей технологии приготовления фуражного зерна к скармливанию - одна из самых актуальных задач современного кормопроизводства. Наиболее энергоемкими процессами послеуборочной обработки фуражного зерна в регионе являются сушка и его дальнейшая переработка - дробление. На сушку 1 т влажного зерна расходуется до 25 л жидкого топлива, а на дробление - до 20 кВт-ч электроэнергии. Таких больших затрат топлива и электроэнергии можно избежать, если применить плющение фуражной фракции с последующим ее консервированием.
В кормовом балансе крупного рогатого скота более 60% приходится на объемистые корма (сено, солома и др.), которые служат основой их рациона. Вместе с тем, выпускаемые промышленностью России машины не отвечают требованиям к качеству измельчения, пропускной способности и энергоемкости, не учитывают зональные условия эксплуатации.
Повышение эффективности функционирования зерноочистительных машин, плющилок зерна, измельчителей-раздатчиков грубых кормов, совершенствование поточных технологичных линий получения семенного и продовольственного зерна за один проход, применение технологий фракционирования с плющением фуражного зерна и решение задачи исключения ручного труда является актуальной проблемой сельскохозяйственного производства.
Цель исследования: повышение эффективности получения продовольственных ресурсов и кормов путем разработки и совершенствования высокопроизводительных энерго- и ресурсосберегающих технологических линий и технических средств послеуборочной обработки продукции зерновых культур.
Объектом исследования выбраны физико-механические свойства зерновых смесей, зерна, рулонов соломы, технологические процессы пневмосепара- ции зерновых смесей, плющения зерна, измельчения и раздачи рулонированных грубых кормов, опытные и экспериментальные образцы зерноочистительных машин, плющилок зерна и измельчителей-раздатчиков грубых кормов.
Научную новизну работы составляют:
результаты исследований параметров воздушного потока в пневмосистемах зерноочистительных машин с использованием метода конечных элементов;
экспериментально-теоретическое обоснование применения метода фракционирования зерна с последующим плющением;
аналитические зависимости, определяющие непрерывность процесса приготовления рулонированных грубых кормов техническими средствами измельчения и раздачи;
новые технологические линии и технические средства послеуборочной обработки зерна, измельчения и раздачи грубых кормов.
Новизна технических решений подтверждена а.с. СССР и 28 патентами РФ на изобретения.
Практическая ценность и реализация результатов исследований.
Результаты исследований позволят проводить дальнейшее совершенствование и разработку конструктивно-технологических схем технических средств и технологических линий по очистке фракций и плющению зерна, измельчению и раздаче грубых кормов.
Результаты исследований нашли отражение в научном отчете по совместному проекту на тему «Экологически безопасные технологии и технические средства обработки почвы, внесения удобрений, защиты растений, заготовки кормов и зерна» Института строительства, механизации и электрификации сельского хозяйства (Польша) и ПКБ НИИСХ Северо-Востока (г. Киров, Россия), использованы ПКБ НИИСХ Северо-Востока при разработке и постановке на производство зерноочистительных машин МПО-30Д, МПО-30ДФ, МПО-30Р, МВО-8Д (патенты РФ на изобретение № 2299098, № 2319534, № 2177565, № 2235221 и др.), МЗУ-20Д (патенты РФ на изобретение № 2223154, № 2229787, № 2294235, № 2304454); плющилок ПЗД-3, ПЗД-6 (патент РФ на полезную модель № 48817); измельчителей-раздатчиков ИРК-5, ИРК-5Н (патенты РФ на изобретение № 2147176, № 2251249, № 2266640). Машины и технологические линии внедрены в хозяйствах республик Марий-Эл, Татарстана, Мордовии, Чувашии, Удмуртии, Пермского края, Кировской, Свердловской и др. областей РФ.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на: бюро отделения растениеводства Россельхозакадемии (2007 г.); бюро отделения механизации Россельхозакадемии (2009 г.); научных конференциях: секции механизации, электрификации и автоматизации Северо-Восточного научно-методического центра (1997, 1998 г.г.); Вятской государственной сельскохозяйственной академии (1999, 2005, 2006 г.г.); IX Международном симпозиуме «Экологические аспекты механизации животноводства» (Польша, г. Варшава, 2002 г.); X Международном симпозиуме «Экологические аспекты механизации сельскохозяйственных растений» (Польша, г.Варшава, 2003, 2006, 2007 г.г.); Международной научно- практической конференции «Здоровье-питание-биологические ресурсы» (Россия, г. Киров, 2002 г.); V Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (Россия, г. Москва, 2006 г.); X Международном симпозиуме имени профессора Ч.Канафойского «Проблемы конструирования и эксплуатации сельскохозяйственных машин и оборудования» (Польша, г.Плоцк, 2006 г.); XII Международной конференции «Проблемы интенсификации продукции животноводства с соблюдением стандартов Европы» (Польша, г.Варшава, 2006 г.); I, VIII, IX и X Международных научно-практических конференциях «Научно- технический прогресс в животноводстве - научное обеспечение реализации направления ускоренного развития животноводства» (Россия, г.Подольск, 1998, 2005, 2006, 2007 г.г.); Международной научно-практической конференции «Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве» (Республика Беларусь, г. Минск, 2007 г.); X Международной научно- практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства» (Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, 2008 г.).
На защиту выносятся следующие научные положения:
конструктивно-технологическая схема пневмосистемы зерноочистительных машин и теоретическое обоснование процессов движения воздушного потока в ее пневмосепарирующих каналах, осадочных камерах, устройствах очистки воздуха и результаты исследований по уравновешиванию решетных станов;
способ фракционирования зерна с разделением его на крупные и мелкие фракции, а также отходов с последующей сушкой крупной и плющением мелкой;
конструктивно-технологическая схема двухступенчатой плющилки зерна и результаты теоретических исследований движения плющеного материала в смесительной камере плющилки в зависимости от его коэффициента парусности;
теоретические предпосылки по обоснованию измельчения стебельных материалов рабочими органами, их инерционность при измельчении, а также процесса движения рулонированных кормов в питателе измельчителя- раздатчика;
модели регрессии и оптимальные конструктивно-технологические параметры и режимы работы зерноочистительных машин, плющилок зерна, измельчителей-раздатчиков грубых кормов и их рабочих органов;
новые перспективные энергосберегающие технологические линии, созданные на базе разработанных технических средств послеуборочной обработки продукции зерновых культур;
результаты испытаний разработанных технических средств и технологических линий в производственных условиях и их технико- экономические показатели.
Публикации. По теме опубликовано 86 научных работ, в том числе книга «Механизация послеуборочной обработки зерна и трав», рекомендации по заготовке и использованию высоковлажного фуражного зерна, 1 0 работ в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, в материалах международных научно-практических конференций, 1 авторском свидетельстве СССР и 28 патентах РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 8 разделов, общих выводов и приложений. Общий объем составляет 536 страниц, из них 398 страниц - основной текст, включающий 188 рисунков и 48 таблиц. Список литературы представлен 469 источниками, 6 из них - на иностранных языках. В 51 приложении приведены данные по теоретическим и экспериментальным исследованиям, программы по обработке материалов на ЭВМ, акты внедрений технических средств, расчеты экономического эффекта от внедрений технических средств, копии авторского свидетельства СССР и патентов РФ.
