Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ исследований по биоконверсии и обоснованию энергосберегающих технологий и средств механизации приготовления кормов 10
1.1 Энергоемкость сельскохозяйственного производства и биоконверсия с позиций системного анализа 10
1.2 Анализ исследований по обоснованию энергосберегающих технологий и средств механизации приготовления кормов 34
1.3 Цель и задачи исследований 64
2 Разработка метода оптимизации энергосберегающих технологий и средств механизации приготовления кормов 67
2.1 Обоснование энергосберегающих технологических процессов приготовления кормов 67
2.1.1 Иерархия задач энергосбережения 67
2.1.2 Энергетическая оценка и обоснование рациона
сельскохозяйственных животных и пти цы 71
2.1.3 Энергетическая оценка и обоснование технологий приготовления кормов 82
2.1.4 Обоснование состава поточных технологических линий приготовления кормов на базе стационарного кормоцеха 87
2.1.5 Обоснование состава поточных технологических линий приготовления кормов на базе мобильного измельчителя-смесителя-раздатчика 96
2.2 Обоснование эксплуатационных показателей и конструктивно-режимных параметров измельчителей грубых кормов 106
2.3 Математическая модель метода оптимизации моделированием энергосберегающих технологий и средств механизации приготовления кормов 140
3 Применение энергетических и экономических критериев при обосновании состава технологических линий 148
4 Энергосбережение как фактор экологической безопасности технологических процессов 156
5 Программа и методика экспериментальных исследований 168
5.1 Программа экспериментальных исследований 168
5.2 Объекты и место проведения экспериментальных исследований 168
5.3 Методика экспериментальных исследований 173
5.3.1 Определение физических свойств исследуемого сырья 173
5.3.2 Определение фракционного состава кормов 174
5.3.3 Определение эксплуатационно-технологических и энергетических показателей измельчителей 177
6 Моделирование энергосберегающих технологий и средств механизации приготовления кормов 180
6.1 Моделирование энергосберегающих технологий приготовления кормов 180
6.1.1 Подготовка исходных данных для расчетов 180
6.1.2 Числовая модель 188
6.1.3 Анализ полученных результатов 190
6.1.3.1 Анализ оптимального рациона 190
6.1.3.2 Энергетический анализ технологий производства кормового сырья 196
6.1.3.3 Энергетический анализ технологий приготовления кормов.. 199
6.1.4 Моделирование поточных технологических линий приготовления кормов 210
6.1.4.1 Моделирование поточных технологических линий
приготовления кормов на базе стационарного кормоцеха...2Ю
6.1.4.2 Моделирование поточных технологических линий приготовления кормов на базе мобильного
измельчителя-смесителя-раздатчика 217
6.1.5 Совмещение технологических операций и комбинирование рабочих органов измельчителей 221
6.2 Моделирование эксплуатационных показателей и конструктивно-режимных параметров измельчителей грубых кормов 228
6.2.1 Результаты экспериментальных исследований и моделирования барабанного измельчителя 226
6.2.2 Результаты экспериментальных исследований и моделирования измельчителя с режущим аппаратом возвратно-поступательного действия 237
6.2.3 Результаты экспериментальных исследований и моделирования эксплуатационных показателей мобильного имельчителя-смесител я-раздатчика ИСРК-12Г 242
7 Экономическая эффективность энергосберегающих технологий и средств механизации приготовления кормов 246
Общие выводы и рекомендации производству 265
Список литературы
- Энергоемкость сельскохозяйственного производства и биоконверсия с позиций системного анализа
- Энергосбережение как фактор экологической безопасности технологических процессов
- Моделирование энергосберегающих технологий приготовления кормов
- Совмещение технологических операций и комбинирование рабочих органов измельчителей
Введение к работе
Диссертация содержит 268 страниц основного текста, 24 страницы списка литературы и 143 страницы приложений. Основной текст включает в себя введение, семь разделов, общие выводы и рекомендации производству, в том числе 28 таблиц и 91 рисунок. Список использованной литературы содержит 203 наименования, из них 6 на иностранных языках.
Показана причина возникновения проблемы энергосбережения в сельскохозяйственном производстве и на основе биоконверсии определены основные пути ее решения при приготовлении кормов.
Проведен анализ исследований и разработан метод оптимизации моделированием энергосберегающих технологий и средств механизации приготовления кормов.
Проанализировано применение энергетических и экономических критериев при обосновании состава технологических линий. Энергосбережение рассматривается как фактор экологической безопасности технологических процессов.
Приведены результаты экспериментальных исследований и моделирования эксплуатационных показателей и конструктивно-режимных параметров стационарных измельчителей рассыпных грубых кормов и мобильного измельчителя-смесителя-раздатчика ИСРК-12 Г.
Произведена сравнительная энергетическая и экономическая оценка эффективности технологий приготовления кормов на базе стационарных и мобильных кормоцехов. Даны предложения производству.
Диссертация написана на русском языке.
ВВЕДЕНИЕ
Производство продуктов питания связано с проблемой накопления энергии, доступной для усвоения человеком. Для обеспечения населения продовольствием и органическим сырьем в настоящее время используется более одной трети лучших земель планеты. По расчетам Международной продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО) для удовлетворения возрастающей потребности в продовольствии, органическом сырье и кормах к 2010 году общий объем сельскохозяйственной продукции в мире необходимо увеличить на 60%. Стало очевидным, что повышение урожая ограничивается энергетическими ресурсами и что расширение производства продовольствия в основе своей энергетическая или, точнее, биоэнергетическая проблема [148, 189].
В конце 20 столетия был обоснован и сформулирован закон общей биоэнергетической (термодинамической) направленности структур и функций живых систем, названный законом выживания. В соответствии с этим законом, основная сущность прогрессивного развития живой природы и социально-культурных систем состоит в сдерживании роста энтропии, в уменьшении «непроизводительной» деградации свободной энергии. Неосознанность человеком закона выживания, отсутствие учета этого закона в его сознательной деятельности - первичная причина возникновения проблемы энергосбережения [27, 28,145, 148,149].
Решением этой проблемы является переход мирового сообщества на управляемое устойчивое развитие, что усиливает актуальность поиска эффективных способов и средств энергосбережения в сельскохозяйственном производстве.
По мере интенсификации агротехнологий возрастает их негативное воздействие на природную среду, которое, как правило, пропорционально общему количеству используемой техногенной энергии.
-7 0 том, что эта проблема решаема, свидетельствует то, что в передовых зарубежных странах (ФРГ, Франция, Канада и др.) энергоемкость продукции в 3... 5 раз ниже этого показателя соответствующей отечественной продукции. В передовых хозяйствах РФ энергоемкость продукции растениеводства и животноводства в 2.. .3 раза ниже, чем средняя по стране [150].
Именно энергоемкость является одним из важнейших показателей эффективности производства на современном этапе. На основе этого показателя должна производиться энергетическая и биоэнергетическая оценка применяемых или предлагаемых технологий, машин, оборудования для приготовления и раздачи кормов, обслуживания животных.
Такая оценка призвана определять эффективность материально-энергетических затрат и исключить внедрение в производство технических средств, требующих затрат, превышающих достигнутый минимальный уровень и создавать условия для разработки энерго- и ресурсосберегающих технологий. Усиливается необходимость дальнейшего совершенствования методов энергетической оценки технологического оборудования, комплектов машин и Системы машин для животноводства в целом [193].
Известно, что увеличение производства сельскохозяйственной продукции сопровождается значительным повышением энергозатрат: каждый процент ее прироста требует увеличения энергозатрат на 2...3 %. Поэтому очень важна сравнительная оценка действующих и вновь разрабатываемых машин, их комплексов и комплектов. Применение для этого энергетических критериев позволяет определить эффективность с точки зрения интересов потребителей, создателей машин и общества в целом, используя совокупные энергетические затраты. Право на внедрение в производство имеют лишь те технические решения, которые обеспечивают экономию трудовых и энергетических затрат при относительно более высоком качестве производимой продукции.
-8 На пути создания более совершенных технологий, машин и агрегатов имеются определенные трудности, вызванные главным образом отсутствием надежных методов прогнозирования их эксплуатационных показателей с учетом конкретных условий работы.
Выводы о возможности снижения энергозатрат и улучшения качественных характеристик выходного продукта делаются, как правило, не в процессе проектирования машины, а в результате практической ее эксплуатации или экспериментальных исследований серийных образцов. В таких условиях улучшение характеристик машин часто не представляется возможным, так как влечет за собой коренную переделку образца.
Для большинства рабочих процессов необходимая точность прогнозирования может быть достигнута на основе их математического моделирования [47, 52, 144]. Эффективным и достоверным является метод прямого математического моделирования [9, 109, 111], использование которого ввиду большого объема вычислительных работ, сложности и широкой взаимосвязанности реальных процессов возможно только на базе современной высокопроизводительной вычислительной техники.
Необходимая точность моделирования достигается использованием достаточно большого числа входных данных, которые для достижения общих результатов при сохранении их достоверности необходимо ограничивать только вполне надежными значениями и, как правило, характерными для широкого класса устройств.
Технологические процессы в механизированном животноводстве при всей их разнородности можно характеризовать целым рядом общих особенностей.
Во-первых - тенденция к внедрению малооперационных технологий путем совмещения или объединения нескольких операций в одну. Это повышает надежность технологической линии и сокращает эксплуатационные расходы.
Энергоемкость сельскохозяйственного производства и биоконверсия с позиций системного анализа
Сельскохозяйственными угодиями (пашня, сенокосы, пастбища и др.) занято более одной трети лучших земель планеты. Основную массу первичной продуктивности растений с этой площади человек использует для получения продовольствия или органического сырья, главные процессы производства которого в основе своей являются энергопреобра-зующими.
Известно, что продуктивность естественных ценозов из местной растительности, как правило, выше продуктивности агроценозов на этих же землях без дополнительных вложений техногенной энергии. Агроценозы ухудшают кислородный баланс, снижают общую биопродуктивность биосферы. На поддержание высокой продуктивности агроценозов затрачивают большое количество техногенной энергии, получаемой, главным образом, из невозобновляемых горючих ископаемых - энергии, аккумулированной благодаря фотосинтезу растений в прошлые эпохи. Естественный запас органики почвы (ее биоэнергетический потенциал) большинства сельскохозяйственных угодий, как правило, истощается [146].
Площади пашни ежегодно в мире уменьшаются на 1 % вследствие промышленного и жилищного строительства, эрозии и засоления земель. Площадь пашни на душу населения в мире неуклонно сокращается (табл. 1) [150].
Для удовлетворения населения в продуктах питания требуется ежегодно производить около 11 млн. т. мяса, 56 млн. т. молока, 50 млрд. шт. яиц. Для получения такого количества продуктов животноводства необходимо соответствующее количество кормов (табл. 2). Наряду с увеличением общего производства кормов большое значение имеет их качество, энергетическая и протеиновая ценность.
Инженерные исследования по созданию энергоэкономной сельскохозяйственной техники и энергосберегающих отдельных технологических процессов в нашей стране были начаты в конце семидесятых - начале восьмидесятых годов. В это время мировой энергетический кризис побудил к изучению связи между ростом урожайности и удельными затратами техногенной энергии на получение продукции растениеводства [97, 198].
В условиях экстенсивного растениеводства на каждую калорию невосполнимой энергии получали 20.. .50 в продукции, сейчас 2.. .4 [45].
По данным американских исследователей увеличение урожайности отдельных культур в 70...80-е годы прошлого столетия сопровождалось ростом затрат техногенной энергии на единицу продукции в 10...50 раз. Высокий уровень урожайности достигнут благодаря применению энергоемких средств интенсификации: высоких доз минеральных удобрений, водных мелиорации и выведению высокоурожайных сортов и гибридов [151].
Трудоемкость производства отечественной продукции животноводства в 15...20 раз выше показателей Западной Европы и США, соответственно энергоемкость и затраты кормов в 2,5...3,0 раза и 2,6...4,0 раза, а по продуктивности животных в 2.. .4 раза ниже. [112].
В США бюджетные ассигнования в сельское хозяйство в 6 раз превышают вложения фермеров и составляют 6 тыс. долларов в год на работающего [142].
В начале 80-х годов в США на АПК приходилось 16,5 % всей потребляемой энергии, а с учетом опосредованного ее использования (в виде зданий, сооружений, машин, материалов и др.) - 25...40 % и более. В Нидерландах - 6% энергопотребления. В среднем в США на получение каждой пищевой калории затрачивается 9 калорий техногенной энергии. Совокупные энергозатраты, например, на 1 га посева зерновых - 672 кг у.т., картофеля - 2336 кг у.т. [72].
Вследствие этого возникла необходимость создания энергоэкономных сортов и гибридов сельскохозяйственных растений, пород живот -ных, технологий и технических средств, которые имели бы высокий коэффициент энергетической эффективности. На первый план выходят показатели энергетической эффективности сортов, гибридов, пород животных, штаммов микроорганизмов, технологических процессов производства. Развивается новая отрасль растениеводства - выращивание энергетических культур, то есть растений с высоким КПД преобразования энергии излучения в химическую энергию органических веществ, которые затем преобразуют в газообразные или жидкие энергоносители, используемые в технических преобразователях [46, 167, 170, 189, 190].
Одновременно обозначилась необходимость оценки труда в энергетических единицах измерения, что нашло отражение в работах В. Вернадского, Г. Кржижановского, а также в современных исследованиях В.В. Лазовского, А.А. Кивы, В.М. Рабштыны, Ю.Ф. Новикова, Е.И. Базарова, В.И. Драгайцева, Н.М. Морозова, А.А. Жученко, М.М. Северне-ва, А.С. Миндрина, В.А. Ермичева и др.
Стоимостные показатели эффективности производства любого продукта оценивают его изолированно от природных процессов. Они учитывают труд человека, но не принимают во внимание «труд» всей остальной природы, ресурсы, которые используются при производстве всех видов продукции. Получение надежных данных, их изучение и анализ в современных условиях невозможны на основе рассмотрения ценовых показателей, которые в настоящее время лишены стабильности, потеряли объективность и носят случайный характер, отражающий произвол технической и ценовой политики [66].
Разработка внутрихозяйственных, отраслевых, межотраслевых и на-родохозяйственных балансов, выявление на основе их анализа резервов снижения совокупной энергоемкости производства продовольствия лежат в основе формирования индустриальных малоотходных и безотходных, ресурсо- и энергосберегающих технологий в сельском хозяйстве. -При этом формирование потоков энергии в отраслях АПК возможно только на основе биоэнергетической оценки технологий.
Биоэнергетические показатели предпочтительны потому, что они соответствуют экономическим критериям эффективности производства, отражая затраты живого и овеществленного труда на получение продукта в энергетических единицах. Они могут служить реальной основой ценообразования, связанной с учетом затрат в системе «добыча-переработка-выпуск конечного продукта».
Биоэнергетический подход позволяет сравнивать неоднородные потребительские затраты, а также однородные или взаимозаменяемые продукты, производимые в различных отраслях АПК.
Биоэнергетическая оценка технологии производства молока на типовом молочном комплексе показала, что на корма приходится 57,32 % энергопотребления. Следовательно, основное внимание в экономии энергии должно уделяться оптимизации структуры кормовой базы и рационов, а также энергосбережению при заготовке и приготовлении кормов [58, 120, 128].
Такой подход оправдывает увеличение доли грубых кормов в рационах крупного рогатого скота, уменьшение количества концентратов, поскольку производство грубых кормов по затратам совокупной энергии обходится дешевле.
Как показали исследования производственных процессов заготовки грубых измельченных кормов минимум приведенных и энергетических затрат достигается при применении кормоуборочных комплексов на базе комбайнов К-Г-6 «Полесье». При этом отношение денежных затрат к энергетическим составило 245 руб/МДж (цены на 1.12.96 г.) [44].
Энергосбережение как фактор экологической безопасности технологических процессов
В соответствии с законом выживания [145] каждый элемент живой природы в своем развитии (индивидуальном, эволюционном) самопроизвольно устремлен к состоянию наиболее полного использования в существующих условиях доступной свободной энергии системой того трофического уровня, в которую он входит. Поэтому сознательная деятельность человека должна иметь общую энерго- и ресурсосберегающую направленность. Общая биоэнергетическая направленность присуща не только биологической [146, 147], но и технической эволюции -технетике [73].
В XX веке антропогенное воздействие на природу принесло ей больше разрушений и загрязнений, чем за всю предыдущую историю развития человечества. В 1992 г. в Рио-де-Жанейро на международной конференции ООН на высшем уровне было принято решение о необходимости перехода всех государств на управляемое устойчивое развитие, которое позволило бы принципиально уменьшить негативное антропогенное воздействие на природу. В общем виде это означает энерго-, ресурсо-экономное развитие всех сфер человеческой деятельности при вполне вероятном отказе от производства ряда промышленных товаров, не являющихся жизненно необходимыми. Не случайно экологи называют энергию экологической валютой [122].
Примером энергорасточительства является серийное производство дорогих автомобилей с большим литражом двигателя. При том же функциональном назначении (перевозка пассажиров), что и дешевый малолитражный автомобиль, такие автомобили имеют больший удельный расход топлива, состоят из большего количества деталей, на производство которых затрачивается дополнительная энергия при образовании большего количества отходов. С позиций функционально стоимостного анализа отечественная автомобильная промышленность в большей степени отвечает требованиям энергосберегающего производ ства. Поэтому энергосбережение обеспечивается при оптимизации соотношения между потребительскими свойствами изделия и затратами на его разработку, производство и использование.
В соответствии с Международной конвекцией об оценке воздействия на окружающую среду к экологически опасным отнесен ряд сельскохозяйственных объектов, в том числе животноводческие фермы.
Эффективное природопользование предполагает возможно более полное использование природного ресурса и доведение неиспользуемых отходов технологических процессов до такого состояния, при котором они могут быть ассимилированы экологическими системами. Образование в процессе производства неиспользуемых отходов, необходимость их последующей утилизации приводят к перерасходу затрачиваемой энергии. Поэтому в общем случае технологический процесс является тем более энергосберегающим, чем меньше неиспользуемых отходов он образует [81, 82, 93].
Одним из требований к системе технологий и машин является соблюдение заданных параметров по охране окружающей среды [68, 113]. Этапы жизненного цикла машин регламентируются стандартами ISO 14000, включающими в себя организацию системы экологического управления, экологический аудит, экологическую маркировку, оценку экологичности производственных систем и продукции на стадиях жизненного цикла. К числу стандартов, связанных с экологической оценкой жизненного цикла, относятся ISO 14040, 14041, 14042 и 14043. Оценка экологической безопасности включает в себя четыре этапа: определение цели и сферы оценки, инвентаризация воздействий на окружающую среду, оценка воздействий и интерпретация результатов [66].
В момент снятия изделия с эксплуатации оно обладает определенным остаточным ресурсом, который может быть использован после соответ чествующей обработки, то есть после утилизации. Утилизация завершает ЖЦМ и дает начало повторному использованию отдельных ее элементов в новых жизненных циклах других машин. Развитие процессов утилизации позволяет решить ряд проблем роста эффективности производства: предотвратить загрязнение окружающей среды, сэкономить сырье, материалы и энергоресурсы.
Отходы производства - это материально-вещественные остатки, образующиеся в процессе производства продукции или выполнения работ и не являющиеся целью данного производственного процесса. Причина возникновения отходов - несовершенство техники, технологии, организации производства и т.п. Переход к ресурсосберегающим, малоотходным и безотходным технологиям, создание комплексных производств, сокращение производственных потерь будут способствовать снижению объемов производственных отходов. Однако непрерывно расширяющиеся масштабы производства ведут к абсолютному их увеличению.
Все виды отходов обладают потребительской стоимостью. Она обусловлена способностью отходов быть использованными в процессе дальнейшего производства или потребления. Стоимость отходов определяется затратами труда, содержащимися в той части материального вещества, которая не вошла в конечный продукт (отходы производства), а также в части, которая не полностью была использована в процессе потребления. С позиций ЖЦМ процесс использования остаточного ресурса надо рассматривать как нормальный, технически и экономически неизбежный.
По некоторым расчетам, использование вторичных материальных ресурсов вдвое выгоднее, чем первичных. Например, вовлечение в производство только 10 % вторичных ресурсов позволило бы сберечь не менее пятой части капитальных вложений, направленных в добывающие отрасли.
На современном уровне разработки проблемы экологическое состояние компонентов природных и аграрных экосистем оценивается по нормативам загрязнения атмосферы, почвы, грунтовых и подземных вод, открытых водоемов токсичными элементами, по превышению предельно допустимых концентраций (ПДК).
Поскольку в настоящее время трудно оценить экологическую ситуацию только с помощью таких показателей качества окружающей среды, то в качестве интегрального показателя для оценки негативных последствий техногенного загрязнения сельскохозяйственных угодий предлагается использовать экологический ущерб, который может быть оценен как в натуральных единицах измерения (усл.т/год), так и в стоимостной форме (руб./год) [4].
За основу методики расчета предлагается принять «Временную типовую методику определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиненного народному хозяйству загрязнением окружающей среды» [23] с учетом ее конкретизации применительно к сельскохозяйственному производству.
Недостатком предлагаемой методики является необходимость определения коэффициентов перевода натуральных единиц загрязнения в рублевый эквивалент, отсутствие градации процессов по степени их экологической опасности, а также учета возможных потерь сырья или продукции при выполнении технологических процессов, которые напрямую могут и не вызывать загрязнение окружающей среды.
В тоже время принято, что общим критерием экологической оптимальности любого технологического процесса является минимизация воздействия на окружающую среду.
Моделирование энергосберегающих технологий приготовления кормов
На основе анализа данных определены параметры среднестатистической фермы крупного рогатого скота в Брянской области, которые приняты в качестве исходных для расчетов [164]: - поголовье коров - 200; - живая масса дойной коровы - 500 кг; - суточный удой молока - 16 кг; - содержание жира в молоке - 3,8 %; - рацион - сенажно-силосно-корнеплодно-сено-концентратный.
Для обеспечения заданной продуктивности рацион должен отвечать следующим зоотехническим требованиям [131]: - содержание кормовых единиц не менее 12,6; - обменной энергии не менее 148 МДж; - сухого вещества не более 15,8 кг; - переваримого протеина не менее 1260 г; - сырого протеина не менее 1940 г; - каротина-565 мг; - сахара- не менее 1135 г; - сырой клетчатки в сухом веществе не менее 4110 г; - сено, солома, корнеплоды, сенаж и силос должны обеспечивать не менее 70 % энергетической питательности рациона; - содержание концентрированных кормов в пределах от 2 до 4 кг; - содержание сена - от 2 до 6 кг; - содержание силоса, свеклы кормовой и сенажа соответственно от 5 до 20 кг; - соломы в грубых кормах не более 20 %; - крахмала - 1705 г; - сырого жира - 405 г; - кальция - 89 г; - фосфора-63 г; - калия - 96 г; - магния - 25 г; - серы - 31 г; - железа- 1010 г; - меди- 115 г; - цинка-755 г; - кобальта - 8,8 г; - марганца - 755 г; - йода- 10,1 г.
Рацион должен полностью удовлетворять потребность коровы во всех перечисленных питательных веществах при заданном соотношении отдельных видов и групп кормов и обеспечивать минимум энергозатрат на их производство.
Для удобства работы с программой расчетов представим потребности животного в питательных веществах в виде регрессионных зависи-мостей[111]: - кормовые единицы Ъ] = 1,8667+0,0053Мж+0,5уі, - обменная энергия, МДж Ь2 = 17,94+0,08Мж+5,5уі , - сухое вещество, кг Ь3 = 0, J6667+0,019Мж+0,3667yf, - сырой протеин, г Ь4 = 218+0,96Мж+75уі , - переваримый протеин, г bs = 186,6667+0,5333Мж+50уґ, b2, = 86,6667+0,2333Мж+22,5уі. Исходные данные по содержанию питательных веществ в кормах, урожайности кормовых представлены в табл. 8.
Технологии (перечень технологических операций) заготовки (производства) кормового сырья принимаем на основании типовых технологических карт [129].
Для каждого вида кормового сырья рассматривали три варианта состава технологических комплексов. Например, технологическая операция сплошной культивации может иметь следующие варианты выполнения: 1. Т-150К+СП-11+2КПС-4+8БЗТС-1; 2. ДТ-75М+СП-11+ КПС-4+8БЗТС-1; 3. МТЗ-80+КПС-4+4БЗТС-1. На некоторых операциях (например, измельчение и смешивание минеральных удобрений) варианты их выполнения приняты одинаковыми.
Расход топлива, производительность полевых агрегатов брали на основании справочных данных [175, 176], а отсутствующие определяли расчетным путем. В расчетах дальность перевозок принималась в пределах от 2 до 5 км, длина гона - от 200 до 300 м.
При определении технологии производства (переработки кормового сырья) и раздачи кормов были приняты три варианта: на базе мобильного измельчителя-смесителя-раздатчика кормов ИСРК-12Г с предвари тельным измельчением длинностебельных грубых кормов первой ступенью измельчителя ИКВ-5А (так как ИСРК-12 Г не обеспечивает измельчение грубых кормов в соответствии с зоотехническими требованиями) (рис. 35); на базе агрегата АПК-ЮА (рис. 36) и кормоцеха КОРК-5 (рис. 37) с раздачей кормосмеси кормораздатчиком КТУ-10А.
Технические характеристики машин приняты на основании [157], а часть определена расчетным путем. Принято расстояние переездов между хранилищами кормов для ИСРК-12Г - до 100 м, расстояние переезда от хранилищ и кормоцеха до коровника - до 200 м. Приняты следующие типовые проекты зданий, сооружений и хранилищ кормов: - коровник на 200 голов, т.п. 801-2-17, габаритные размеры 21x72 м; - силосная траншея на 1000 т, т.п. 811-29, габаритные размеры 12x36 м; - сенажная траншея на 250 т, т.п. 811-29, габаритные размеры 6x16,5 м; - корнеплодохранилище на 900 т, т.п. 813-102, габаритные размеры 12x36 м; - навес для хранения сена на 500 т, т.п. 817-150, габаритные размеры 18x30 м; - склад на 240 т рассыпных и гранулированных кормов, т.п. 813-30/72, габаритные размеры 12x12 м (для варианта на базе ИСРК-12Г); - кормоприготовительная со складом комбикорма на 240 т, т.п. 801-425, габаритные размеры 18x55 м (для вариантов на базе АПК-ЮА и КОРК-5); - навозохранилище вместимостью на 2000 т, т.п. 801-315, габаритные размеры 25x42,5 м; - склад минеральных удобрений на 60 т, т.п. 817-159, габаритные разме ры 10,5x10,7 м.
Значения энергетических эквивалентов приняты на основании [191]. Расход оборотных средств принят на основании данных технологических карт и технических характеристик машин.
Совмещение технологических операций и комбинирование рабочих органов измельчителей
Рассмотрим методику моделирования совмещения технологических операций и комбинирования рабочих органов на примере полевых измельчителей, отличающихся большим разнообразием конструктивных схем и функциональных возможностей. В зависимости от вида операций, выполняемых основным рабочим органом, все полевые измельчители подразделяются на три группы.
К первой группе машин можно отнести те, основной рабочий орган которых производит три технологические операции: скашивание, измельчение и выгрузку. Примером может служить прицепная косилка-измельчитель КИР-1,5 и другие машины. Они просты по конструкции и надежны в эксплуатации, однако имеют ряд существенных недостатков: - загрязненность измельченного продукта землей и остатками удобрений, вносимых в почву; - воздействие ударной нагрузки молотковых ножей на стебли, что приводит к их расщеплению, снижая урожайность трав последующих укосов; - отсутствие регулировки длины резки; - высокая энергоемкость и низкая пропускная способность.
Ко второй группе относятся машины, основной рабочий орган которых выполняет две технологические операции: измельчение и выгрузку. Такие измельчители бывают дисковыми или барабанными с ножевым разрушающим элементом рабочего органа. Совмещение технологических операций измельчения и выгрузки усложняет технологический процесс, так как нож не только перерезает поступающий слой растительной массы, но и транспортирует ее. При уменьшении угла установки ножа уменьшается работа резания, однако ухудшаются условия транспортирования измельченной массы. Частично она успевает сойти с ножа -и делает оборот вместе с ним, что приводит к нарушению расчетной длины резки и перегрузке измельчающего аппарата. При увеличении угла установки ножа улучшаются условия транспортирования, но резко возрастают аэродинамические сопротивления и работа резания, ухудшается равномерность подвода растительной массы к режущей паре.
В силу перечисленных причин такие измельчители имеют относительно большой диаметр барабана, достигающий 800 мм у Е-281 и 750 мм у КСК-100, большое количество ножей (от 6 до 12) и повышенную частоту вращения основного рабочего органа (1000...1400 мин"1), обусловленную необходимостью создания мощного вентиляционного потока воздуха для выгрузки измельченного продукта. Перечисленные выше недостатки вызвали необходимость разделения технологических операций измельчения и выгрузки.
Третью группу представляют измельчители, основной рабочий орган которых производит только измельчение растительной массы, тогда как функцию выгрузки выполняет дополнительное устройство. Это позволяет повысить пропускную способность машины, улучшить условия процесса резания. Поэтому большинство зарубежных фирм в настоящее время выпускают кормоуборочные машины, основной рабочий орган которых выполняет только операцию измельчения, а при оборудовании подножевыми рифлеными балками или рекаттерами и доизмельчения.
Изложенную в разделе 6.1.4 методику моделирования поточных технологических линий можно использовать и для моделирования конструктивно-технологических схем измельчителей.
На рис. 58 представлена классификация рабочих органов полевых измельчителей из которой видно, что возможно большое число комбинаций рабочих органов, определяющих в конечном итоге эксплуатационные и качественные показатели измельчителя. Каждый рабочий орган характеризуется показателями удельной энергоемкости рабочего процесса, стоимости изготовления, материалоемкости, надежности и др.
Пусть 1,...,к,...К- последовательность (номеров) операций, с периодическим или непрерывным выполнением которых связано функционирование проектируемого полевого измельчителя. Каждая из этих операций к может выполняться одним из заданной совокупности рабочих органов (РО) U(к), к=1...К. Выбор РО для любой операции к может ограничивать выбор РО для любой другой операции 1 к. Это условие задается набором множеств U(K,S,1), К=1 ...К-1, s є Щк), 1 к, (6.9) где U(K,S,1) - совокупность РО из U(l), которыми можно выполнять операцию /, если на операции к выбран РО s из Щк). Каждый РО s є U(к) характеризуется производительностью QK(s) выполнения операции к,к=1...К.
Для каждого s выполнения операции к могут быть заданы показатели качества Рф) видов l=l...L. Необходимость в таких показателях может возникнуть при формулировке различных требований к комплектам рабочих органов (КРО), как, например, надежность, металлоемкость, обеспечение различных временных условий и других.
Под моделью полевого измельчителя понимается совокупность допустимых КРО выполнения всех операций его рабочего процесса.
