Содержание к диссертации
Введение
1. Проблема сохранения сырого фуражного зерна с применением дозирующих устройств для внесения консервантов 8
1.1. Зернопроизвотсво как базис аграрной экономики 8
1.2. Зернофуражные культуры как средство животноводства 11
1.3. Химический состав зерна ячменя 14
1.4. Способы сохранения фуражного зерна 16
1.5. Консервирование зерна в герметичных условиях с применением химических или биологических препаратов 26
1.6. Устройства внесения консервирующих препаратов 32
1.7. Выводы, цели и задачи исследований 37
2. Теория рабочего процесса устройства для дозирования порошкообразного консерванта 39
2.1. Физико-механических свойств порошкообразного консерванта 39
2.2. Функциональная и конструкционная схема пневматического дозатора консерванта 42
2.3. Обоснование формы и расчёт пропускной способности бункера 44
2.4. Обоснование внутреннего диаметра воздухопровода 48
2.5. Обоснование параметров пневмотранспорта материала 51
2.6. Расчёт необходимой скорости воздуха в пневмопроводе 54
2.7. Расчёт производительности устройства дозирования порошкообразного консерванта 57
2.8. Расчёт потерь напора в устройстве дозирования порошкообразного консерванта 58
2.9. Определение режима движения воздуха в системе 62
3. Программа и методика экспериментальных исследований 67
3.1. Методика исследования физико-механических свойств порошкообразного консерванта 67
3.2. Определение производительности и погрешности дозирования установки 69
3.3. Методы экономической оценки 71
3.3.1. Расчет затрат на изготовление бункера 71
3.4. Метод оценки затрат средств на плющение и консервирование 73
3.5. Методы энергетической оценки 76
4. Разработка экспериментальной лабораторной установки 78
4.1. Исследование конструкционных параметров экспериментально-лабораторной установки 78
4.2. Результаты определения параметров факела распыла для нанесения консерванта на зерно 81
4.3. Результаты определения производительности дозатора и погрешности внесения консерванта 84
4.4. Испытания дозатора в производственных условиях 90
4.5. Экономическая эффективность применения устройства дозированного внесения порошкообразного консерванта 94
4.5.1. Себестоимость производства зерна яровых культур и её структура.. 94
4.5.2. Затраты средств на плющение и консервирование 96
4.5.3. Затраты на очистку, сушку и дробление зерна 104
4.5.4. Сравнительная эффективность технологий консервирования и подготовки к скармливанию фуражного зерна 108
4.6. Оценка энергетической эффективности различных способов консервирования и подготовки к скармливанию фуражного зерна 111
Основные выводы 119
Список использованной литературы 121
Приложения 144
- Способы сохранения фуражного зерна
- Определение режима движения воздуха в системе
- Результаты определения производительности дозатора и погрешности внесения консерванта
- Оценка энергетической эффективности различных способов консервирования и подготовки к скармливанию фуражного зерна
Введение к работе
Актуальность темы исследований. За последние годы многочисленные сельскохозяйственные организации в России перешли на приготовление корма плющением сырого зернофуража и сохранение его в герметичных условиях. Неотъемлемой частью данной технологии является внесение различных форм химических или биологических препаратов, позволяющих обеспечить надежную сохранность такого корма. Существующие средства внесения консервантов не универсальны и предназначены для введения в корма в основном жидких или растворённых в воде препаратов. К тому же они достаточно дороги, не обеспечивают точного дозирования и не пригодны для внесения порошкообразных форм консервантов. В настоящее время решению данной проблемы не уделяется достаточного внимания, несмотря на то, что доказана высокая консервирующая способность порошкообразных препаратов и экономическая эффективность их использования. Поэтому разработка дозирующего устройства для внесения таких консервантов, обеспечивающего требуемую точность и равномерность внесения, является актуальной и своевременной.
Степень разработанности темы. Вопросами разработки конструкций дозирования сыпучих материалов занимались Иванов Ю.Г., Халанский В.М., Ахламов Ю.Д., Перекопский А. Н., Зыков А.В., Иванов Д.В., Агузаров А.М., Маркарян С.Е. и другие. Углублённый анализ существующих конструкций для дозирования сыпучих материалов показал, что в сельском хозяйстве дозаторы применяются чаще всего в транспортёрах для расфасовки продукции, внесения удобрений и других целей. В них используют храповые механизмы или клиноременные передачи. Данные дозаторы просты в управлении, но имеют сложную конструкцию, повышенную металлоёмкость и не отвечают требованиям, предъявляемым к точности дозирования консервантов кормов.
В технологии приготовления корма из зерна повышенной влажности чаще всего используют насосы-дозаторы центробежного типа для жидких
консервантов. Дозирующих устройств для внесения сыпучих консервантов до настоящего времени разработано не было.
Цели и задачи исследования. В связи с вышеуказанными предпосылками, целью диссертационной работы является усовершенствование технологии консервирования зернофуражных кормов путём разработки дозирующего устройства для внесения порошкообразного препарата в процессе плющения сырого фуражного зерна.
При реализации поставленной цели решались следующие задачи:
-
Изучить физико-механические свойства консервирующего материала, установить параметры и режимы, при которых обеспечивается его беспрепятственное истечение из накопительной ёмкости;
-
Обосновать устройство для дозированного внесения порошкообразного консерванта;
-
Исследовать процесс истечения порошкообразного материала и разработать математическую модель, учитывающую физико-механические свойства консерванта и конструкционные особенности устройства;
-
Создать опытный образец, пневматического дозатора и провести лабораторные испытания;
-
Провести технико-экономическую и энергетическую оценку использования предложенной конструкции дозирующего аппарата при закладке сырого фуражного зерна на хранение.
Научная новизна заключается в установлении закономерностей истечения порошкообразного консерванта в зависимости от физико-механических свойств материала и параметров дозатора. Новым является устройство дозирования порошкообразного препарата в технологической линии консервирования сырого фуражного зерна, защищенное патентом на изобретение № 2615581 от 05.04.2017 года.
Теоретическая и практическая значимость работы состоит в установлении зависимостей массы истечения порошкообразных препаратов от давления в пневмосистеме и времени истечения материала и в разработке
устройства дозированной подачи порошкообразного консерванта в сырое фуражное зерно при плющении, позволяющего равномерно распределять препарат в зерновой массе, что сокращает расходы средств на приготовление корма на 639 руб./т и энергетические затраты на 13 МДж/т.
Методы исследования. Теоретические исследования проведены в со
ответствии с общепринятыми методиками: исследования физико-
механических свойств порошкообразного материала, определения произво
дительности установки при его дозировании и погрешности. Обработка ре
зультатов исследований проводилась с использованием основ системного
анализа, положений классической механики и математики, применением
программ MicrosoftExcel, Maple и методов теории планирования эксперимен
та.
Основные положения и объекты, выносимые на защиту:
-
Конструкционное решение устройства дозирования порошкообразного консерванта для объективно существующих свойств материала;
-
Параметры и режимы работы устройства дозированного внесения порошкообразного консерванта в корм;
-
Математическая модель зависимости производительности дозатора от давления и времени истечения материала;
-
Опытный образец дозатора, обеспечивающий равномерность обработки корма консервантом;
-
Энергетическая и технико-экономическая оценка внедрения предложенной конструкции дозирующего аппарата при закладке сырого зерна на хранение.
Степень достоверности полученных результатов.
Достоверность результатов исследований подтверждена обработкой экспериментального материала методами математической статистики. Научные выводы согласованны с экспериментальными данными, подтверждены актами анализа сырого фуражного зерна и готового корма ФГУ ЦАС «Ниже-
городский», актом внедрения технологии в производство СПК «Березники» Гагинского района Нижегородской области.
Апробация работы. Основные положения исследований доложены и одобрены на 5-й Международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Инновации в сельском хозяйстве», ГНУ ВИЭСХ РАСХН (Москва, 2014 г.); II международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы сельскохозяйственных наук в современных условиях развития страны» (Санкт-Петербург, 2015 г.); Международной научно-практической конференции «Инновационные направления в науке, технике, образовании» (Смоленск, 2016 г.); IX Международной научно-практической конференции «Актуальные направления научных исследований: от теории к практике» (Чебоксары, 2016 г.); а также на внутривузовских конференциях ГБОУ ВО НГИЭУ (2013 – 2016 гг.). Результаты исследований по теме работы также были представлены на Всероссийской молодежной научно-практической конференции «Региональные программы и проекты в области интеллектуальной собственности глазами молодежи» в рамках IX Международного форума «Интеллектуальная собственность – XXI век», ФГБОУ ВО РГАИС (Уфа, 2016 г.); VIII Конкурсе молодёжных инновационных команд РОСТ (Нижний Новгород, 2014 г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 16 печатных работах, в том числе в 5 изданиях, рекомендованном ВАК Министерства образования и науки РФ, патенте РФ № 2615581, № от 05.04.2017 года. Общий объём опубликованных работ составляет 4,9 п.л., из которых 4,1 п.л. принадлежит лично автору.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 206 наименований, приложений. Основное содержание работы изложено на 143 страницах машинописного текста, включает 33 рисунка и 39 таблиц.
Способы сохранения фуражного зерна
К важнейшим этапам производства зерна относятся не только выращивание и уборка, но и обеспечение его сохранности в течение зимнего периода. Поскольку зерно является живым организмом, в котором протекают различные физиологические и физико-химические процессы, это вызывает определенные трудности при его хранении [171]. У свежеубранного зерна влага сосредоточена в его семенной и плодовой оболочке. Превышение уровня влажности 14-16 % повышает интенсивность дыхания и активность микрофлоры, что вызывает её дальнейший рост и повышение температуры зерновой массы. Если в краткие сроки зерно не удаётся высушить или законсервировать другим способом, то наступает его порча [183]. По данным Л.И. Мачихиной [89], повышение влажности зерна от 12 до 25 % приводит к увеличению количества плесеней в 75000 раз, выделяемого CO2 за последние 24 ч в 24600 раз, к росту кислотного числа жира в 4 раза, к уменьшению всхожести более чем в 4 раза. Следствием этого могут стать самосогревание, потери сухого вещества и его полная порча. При самосогревании зерна потери массы достигают 3-8 %, что значительно снижает его качество [30]. Так же на процессы порчи зерна при повышенной влажности (15 % и более) влияют микроорганизмы. К ним относятся плесневелые грибы, а при влажности более 30 % – различные бактерии. P.H. Bailey [192] отмечал что, плесень может поднять температуру зерна до 60-70оС.
Известно, что лучшая сохранность зерна обеспечивается, когда жизненные процессы в нем крайне замедленны. Исходя из этого Я.Я. Никитипский [103] выделил четыре принципа хранения: биоз, анабиоз, ценоанабиоз и абиоз.
Основными способами обеспечения сохранности фуражного зерна повышенной влажности является сушка, консервирование зерна охлаждением, консервирование зерна в герметичных условиях и химическое или биологическое консервирование [136].
Сушка зерна базируется на принципе ксероанабиоза. Обезвоживание любой партии зерна и семян до влажности ниже критической приводит все живые компоненты, за исключением насекомых-вредителей, в анабиотическое состояние. При этих условиях исключается повышенный газообмен в зерне и семенах, развитие микроорганизмов и клещей [12].
Во время сушки влага, находящаяся в центре зерна, перемещается к его поверхности, а затем испаряется в окружающую среду. Зерно затормаживает свою жизнедеятельность и дыхание. Также прекращается развитие микроорганизмов и вредителей вследствие отсутствия благоприятных условий [85].
В соответствии с «Инструкцией по сушке продовольственного кормового зерна, маслосемян и эксплуатации зерносушилок» [57], к сухому относят зерно и семеня, у которых влажность на 1-2 % меньше критической. Нормой влажности для ячменя, поставляемого на продовольственные и кормовые цели является 14,5-15,5 % [20].
Для сушки зерна на сегодняшний день используются различные типы зерносушилок, которые принято классифицировать по наиболее крупным признакам [24; 112;181]:
1. по конструктивным признакам: шахтные, барабанные, камерные, конвейерные, пневмотрубные.
2. по продолжительности действия: непрерывного и периодического.
3. по конструктивному исполнению: стационарные и передвижные. 4. по технологической схеме: прямоточные и рециркуляционные.
По конструктивным признакам промышленных сушилок наметились некоторые устойчивые тенденции. Для сушки зерна наибольшее распространение в мире получили шахтные с коробами сушилки открытого исполнения [3].
Недостатками таких зерносушилок, препятствующими эффективной работе, являются: ограниченный съём влаги за один пропуск зерна (4-6 %), вследствие чего происходит резкое снижение пропускной способности при работе с зерном высокой влажности; неравномерность нагрева, сравнительно невысокая скорость влагоотдачи, существенные тепловые затраты [4; 64; 178; 188].
Самым простым способом, применяемым в сельском хозяйстве, является сушка зерна в неподвижном слое. Для этого применяют камерные сушилки, где зерно просушивается до сухого состояния, независимо от исходной влажности. Для этого нагретый воздух нагнетают в подпольное пространство, который под действием избыточного давления проникает через решётчатые полы в зерновую массу, откуда насыщенный влагой воздух проходит далее через слой зерна. Во избежание перегрева зерна, температура тёплого воздуха не должна превышать 45оС. Данным способом сушат малосыпучее и очень сырое зерно. Сушилки легко чистить. Они имеют мягкий температурный режим, при котором за один приём можно удалить любое количество влаги [186]. Однако такая сушка характеризуется большой неравномерностью нагрева зерна и удаления влаги. Зерновой слой, прилегающий к месту входа реагента, перегревается и пересушивается, а зерновые слои, по мере удаления от места входа агента сушки недогреваются и не досушиваются. Поэтому сушку заканчивают, когда средняя влажность воздуха достигает 13-14 % [40].
По продолжительности воздействия зерносушилки бывают: непрерывного и периодического действия. В сушилках периодического действия зерно сушат порциями. Сушилки просты по устройству, но требуют больших затрат и эксплуатационных расходов [111].
Сушилки непрерывного действия применяют чаще. Их подразделяют на стационарные и передвижные. Стационарные зерносушилки встраивают в рабочие органы элеваторов, устанавливают в отдельных зданиях, привязанных транспортными коммуникациями к элеваторам, в зданиях зерноочистительно-сушильных комплексов. Стационарные сушилки имеют, как правило, высокую производительность, в отличии от передвижных сушилок, так как их производительность ограничена габаритами и транспортными возможностями. Такие сушилки используют для сушки небольших партий зерна. Всё оборудование таких сушилок располагается на раме с колесным ходом. Их можно перевозить по территории хлебоприемных предприятий, шоссейным и грунтовым дорогам [33].
В связи с ростом тарифов на топливо и электроэнергию доля энергозатрат на производство продукции растениеводства достигла 20-25 %. По экспертным оценкам из общего количества энергоресурсов, затраченных на производство зерна, затраты на очистку и сушку достигают 34.5 %, а общая доля энергозатрат в себестоимости сушки 75-80 % [152].
Так же G.C. Shove [204] указывает, что на сушку зерна при производстве кукурузы расходуется в 4-6 раз больше условного топлива, чем на обработку почвы, посев и уборку вместе взятых.
В практике сушки, временного хранения и вентилирования небольших партий зерна широко применяют установки активного вентилирования [10].
Активное вентилирование применяют для: временной консервации зерна повышенной влажности, профилактической обработки достаточно устойчивого зерна, охлаждения зерна при хранении, охлаждения зерна после сушки, ликвидации самосогревания, воздушно-теплового обогрева зерна [75].
Обширные исследования вентилирования зерна в бункерных и горизонтальных хранилищах были проведены в 1950-х и 1960-х годах. Они подтвердили высокую эффективность сохранения качества зерна за счёт его вентилирования [196; 206].
В мире применяется огромное количество установок активного вентилирования. Их можно классифицировать по нескольким признакам [19]. По назначению, когда консервация зерна обеспечивается охлаждением, их подразделяют на: универсальные; аэрационные. По способу ввода воздуха в зерно: с вертикальным односторонним; с горизонтальным радиальным; с горизонтальным поперечным; со смешанным воздухораспределением. По типу воздухораспределительных устройств: с коробами или каналами; с перфорированным «ложным» полом; с перфорированными трубами; с жалюзийными стенками; с перфорированными центральными и наружными цилиндрами. По конструктивному исполнению камеры: бескамерные; вентилируемые бункеры; различные склады и силосы. По типу установки: стационарные; переносные. По типу разгрузочных устройств: саморазгружающиеся; с пневмовыгрузными устройствами; со шнековыми разгрузчиками.
Определение режима движения воздуха в системе
Различают два режима движения воздуха: ламинарный и турбулентный. При небольшой скорости частицы воздуха перемещаются по направлению движения без поперечного перемешивания. Это упорядоченное течение, при котором отдельные струйки воздуха движутся параллельно друг другу. Такое движение называется ламинарным. Внешний слой воздуха, примыкающий к поверхности трубы, в которой он движется, из-за сил молекулярного сцепления прилипает к ней и остается неподвижным. Скорость последующих слоев тем больше, чем больше их расстояние до поверхности трубы, и максимальной скоростью обладает слой, движущийся вдоль оси трубы [69].
Значение скорости при ламинарном режиме течения воздуха изменяется по параболическому закону
Данное распределение скорости воздуха не всегда хорошо согласуется с экспериментом. Оказывается, что качественная картина течения существенно зависит от безразмерного параметра Re, называемого числом Рейнольдса
Число Рейнольдса определяет относительную роль инерции и вязкости воздуха при течении. При малых Re основную роль играет вязкость, при больших -инерция. При небольших числах Рейнольдса каждая частица воздуха движется по прямой, движение слоистое, спокойное. При 1000 Ке 2000происходит резкое изменение картины течения.
При Re 10 течение перестает быть одномерным и стационарным. На среднюю скорость каждой частицы воздуха накладываются дополнительные составляющие, зависящие от времени и координат. Такое течение называется турбулентным. Турбулентное течение нестационарно. Число Рейнольдса, при котором происходит переход течения от ламинарного режима к турбулентному, называется критическим числом Рейнольдса. Reкрит зависит от геометрии канала и начальных вихревых движений. В гладких трубах переход от ламинарного движения к турбулентному происходит при Reкрит = 2300 (табл. 2.9) [69]. Таблица 2.9 - Режимы движения воздуха
Переход к турбулентному движению осуществляется быстро и характеризуется значительным возрастанием сопротивления выработок движению воздуха, которое выражается в увеличении коэффициента аэродинамического сопротивления трению.
Итак, с увеличением скорости ламинарное движение переходит в турбулентное, которое характеризуется беспорядочным, вихревым перемещением воздушных масс, пересекающих живое сечение потока в самых различных направлениях (частицы могут переходить из слоя в слой). На характер течения значительное влияние оказывает тонкий пристанный слой, называемый пограничным слоем. Поэтому шероховатость стенок играет существенную роль.
Скорость частиц незамедлительно возрастает по мере удаления от поверхности трубы. Дальнейшие изменения довольно незначительны. Так как частицы материала переходят из одного слоя в другой, то их скорости в различных слоях мало отличаются. Из-за большого градиента скоростей у поверхности трубы обычно происходит образование вихрей. Профиль усреднённой скорости при турбулентном течении в трубах отличается от параболического профиля при ламинарном течении более быстрым возрастанием скорости у стенок трубы и меньшей кривизной в центральной части течения [69].
В шахтах ламинарное движение наблюдается только при просачивании воздуха через узкие щели и мелкие отверстия, имеющиеся в вентиляционных сооружениях, через уплотнившееся выработанное пространство. В чистом виде ламинарное движение в горных выработках редко удается наблюдать даже при очень маленькой скорости движения воздуха, так как конвекционные воздушные токи, а также токи, возникающие за счет стремления легких газов (метан) подниматься вверх, нарушают спокойное слоевое движение воздуха. В выработках, проветриваемых деятельной вентиляционной струей, движение воздуха, как правило, турбулентное [69].
Исходя из характеристик компрессора трактора МТЗ 82.1 типа А29.01 производительность которого составляет 115 л/мин. или 0,002 м/с, кинематической вязкости воздуха v = 1.5x10" 5 м/с2 и диаметра отверстия 4 мм, определим значение числа Рейнольдса.
1. Среднюю скорость (fср) движения воздуха определяем по формуле
2. Площадь поперечного сечения для выработок с круглым поперечным сечением определяется по формуле
3. Гидравлический диаметр для круглого сечения равен D = св/
4. Число Рейнольдса рассчитываем по формуле 2.60
По результатам расчётов число Рейнольдса составило Re = 4224, что свидетельствует о турбулентном режиме движения воздуха в системе.
Результаты определения производительности дозатора и погрешности внесения консерванта
Технические характеристики компрессора PROTON КМ–200-1.8/24 ПК, используемого для обеспечения работы дозирующего устройства, приведены в таблице 4.2.
Экспериментальные данные измерения производительности дозатора порошкообразных консервантов при использовании поршневого компрессора PROTON КМ – 200 - 1.8 / 24 ПК, полученные в результате проведённых испытаний, показаны в таблице 4.3.
Эти зависимости показывают, что с увеличением входящего давления увеличивается выходная масса материала и наивысшего значения в 938,6 г достигает при давлении в 5,5 бар. С использованием программного обеспечения Maple был реализован алгоритм расчёта аппроксимирующих полиномов (приложение 6). Графики зависимостей m (t) приведены на рисунке 4.11.
Представленные зависимости показывают (рис. 4.11), что с увеличением входящего давления увеличивается выходная масса материала и достигает наивысшего значения в 938,6 г при давлении в 5,5 бар.
На рисунке 4.12 с применением метода многофакторного эксперимента представлена зависимость производительности дозатора от давления и времени истечения материала.
Результаты расчётов, проведённых с использованием уравнения 4.12, представлены в таблице 4.4.
Данные таблицы показывают, что устройство для внесения порошкообразного консерванта, работающего от компрессора трактора МТЗ 82.1 типа А29.01, обеспечивает необходимую норму внесения для плющильных машин Murska 220, Murska 350, Murska 700, Murska 1000. Использование данного устройства с машинами других марок плющильных машин этой модели возможно при повышении производительности компрессора и эжектора большей производительности.
Получены математические модели работы дозирующего устройства и выведены полиномы зависимостей его производительности от массы и времени работы для каждых значений давления (0,41, 1,1, 2, 3,7 бар.) при работе с различными плющильными машинами серии Murska (приложение 8).
По результатам практических опытов проведён расчёт погрешности дозирования порошкообразного консерванта устройством при различных значениях времени (30, 60, 90, 120 секунд). Результаты расчётов представлены в таблице 4.5. Они показывают, что с увеличением времени работы устройства наблюдается сокращение погрешности дозирования. Так, наибольшая погрешность дозирования в размере 5 % наблюдается при работе устройства в течении 30 секунд. При времени работы 120 секунд погрешность равна 2,5 %.
Также отмечено, что наименьшая средняя погрешность составила 3.7 %, что соответствует «Правилам безопасного механизированного применения биологических и химических консервантов кормов в кормопроизводстве АПК Российской Федерации», согласно которым «…отклонение от заданной дозы не должно превышать ±10 %».
На основе графического анализа полученных экспериментальных данных было выведено предположение, что аналитическое выражение функции зависимости соответствует логистической функции вида Далее с помощью программы Statistica 10 на основе метода Левенберга-Марквардта были получены оценки параметров a, b, с для анализируемых значений данных.
Графическое изображение полученной зависимости и экспериментальные данные приведены на рисунке 9.
Оценка энергетической эффективности различных способов консервирования и подготовки к скармливанию фуражного зерна
Наша задача состояла в оценке энергетической эффективности нового устройства и всей технологической цепочки консервирования сырого фуражного зерна. Расчёт совокупных затрат энергии проводили на основе детально описанного технологического процесса с использованием типовых и модифицированных технологических карт (приложения 1 -2), позволяющих учесть расход всех ресурсов в различных показателях [93]. В данных таблицах особое внимание уделялось рассмотрению способов внесения жидкого консервата насосом-дозатором центоробежного типа и применения нового устройтсва для внесения порошкообразного консерванта.
На основании данных технологической карты (приложение 1) была расчитана энергоёмксоть энергетических средств и сельскохозяйственных машин, задействованных на консервирования сырого фуражного зерна, подготовленного к скармливанию плющением на агрегате Murska 1000 HD. При этом в базовом варианте зерно консервировали пропионовой кислотой с использованием серийно выпускаемого дозатора (НДК-12), в новом варианте - порошкообразной серой при помощи разработанного нами дозатора.
Расчёт энергетической ёмкости тракторов и автомобилей проводился по формуле 3.36. Так, для трактора МТЗ-80 при его массе 3160 кг, нормативной годовой и зональной нагрузке машине 1200 ч., энергетическом эквиваленте 120 МДж/кг, отчислениях на реновацию в размере 10,0, на капитальный ремонт 5,0 и на текущий ремонт 22 %, энергоёмкость, приходящаяся на один час работы силовой машины, составила
Энергоёмкость, приходящаяся на один час работы машины или сцепки, определялась по формуле 3.37. Так, для тракторного прицепа 2ПТС-4 при его массе 1710 кг, нормативной годовой и зональной нагрузке машины 800 ч., энергетическом эквиваленте 104 МДж/кг, отчислениях на реновацию в размере 14,2, на текущий ремонт 13 %, энергоёмкость, приходящаяся на один час работы силовой машины, составила
Полная энергоёмкость сцепки МТЗ-80 + 2ПТС-4, равняется 177,38 (116,92+60,46) МДж/ч.
Аналогичным образом на основании данных технологической карты (приложение 2) была расчитана энергоёмксоть энергетических средств и сельскохозяйственных машин, задействованных на консервирования сухого фуражного зерна, подготовленного к скармливанию дроблением на молотковой дробилке ROmiLL S900. При этом в первом варианте принималось, что зерно обмолачивалось в поле при стандартной влажности и его закладыали на хранение после очистки, а во втором варианте – сырое зерно с его очисткой и досушкой перед закладкой на хранение.
Анализ полученных данных показал, что наиболее энергоёмкими из используемых машин при консервировании и закладке на хранение сырого фуражного зерна является плющильная машина Murska 1000 HD, на долю которой приходится более 80 % от общих энергозатрат (табл. 4.25). Предлагаемый нами дозатор для внесения порошкообразного консерванта в 1,6 раза энергоэффективнее используемого для внесения жидкого консерванта. Благодаря этому общие энергоёмкость и энергозатраты в новом варианте были ниже на 0.3 %.
При приготовлении сухого дроблёного зерна естественной сушки основная энергоёмкость (около 60 %) приходилась на дробилку. При приготовлении сырого зерна, подготовленного к хранению досушиванием, энергоёмкость этого энергетического средства снижалась до 47 %, а на сушилку приходилось около 20 % общей энергоёмкости этого способа консервирования и подготовки фуражного зерна к скармливанию (табл. 4.26).
По аналогии с вышеприведёнными проведены расчёты совокупных затрат энергии на закладку и хранение сырого фуражного зерна с применением разных дозаторов (табл. 4.23-4.24). При расчёте были использованы следующие энергетические коэффициенты:. ручной труд 29,7 МДж/ч, труд механизаторов 43,4 МДж/ч, дизельное топливо 52,6 МДж/кг, электрическая энергия 12 МДж/квт., энергетические средства (тракторы) 86,4 МДж/кг массы, сельхозмашины, 75 МДж/кг массы [89].
Общие затраты труда на проведение консервирования фуражного зерна при фактической продуктивности гектара посевов и выходе с него сухого вещества и энергии приведены в таблице 4.27.
Приведённые данные показывают, что затраты энергии труда на проведение плющения и химического консервирования сырого фуражного зерна в сравнении с дроблением зерна естественной сушки снижались на 41,2 МДж/т или в 2,1 раза, с досушиванием и дроблением зерна - на 67,2 МДж/т или в 2,75 раза (табл. 4.27).
В целом прямые затраты на консервирование сырого плющеного зерна в обоих вариантах были примерно одинаковыми (разница 0,5 %). Вместе с тем прямые затраты энергии на процесс консервирования, связанные с расходом электроэнергии, резко различались. При использовании для этих целей нового дозатора они возрастали в 17 раз (табл. 4.27). Однако их уровень не сильно повлиял общую величину затрат энергии на консервирование, поскольку их доля в структуре этих затрат была ничтожно мала – всего 0,001 и 0,018 %.
Овеществлённые затраты энергии также были примерно равными. Прямых и овеществлённых затрат, и полных затрат энергии на 1 т корма в базовом варианте было на 0,3 % больше, чем в новом варианте,
Общие затраты энергии живого труда при консервированиии зерна обоими устройствами были одинаковыми, прямые затраты больше на 0,5 ГДж в новом варианте, а овеществлённые – на 8,6 ГДж в базовом. В овеществлённых затратах в новом варианте такой результат достигнут за счёт уменьшения в 1,6 раза энегоёмкости дозирующего устройства и в 3 раза за счёт разницы в дозе и энергоёмкости используемых консервантов. В результате новый вариант консервирования выигрывал по полным затратам энергии у базового 8,1 ГДж (табл. 4.28).
Овеществлённые затраты доминируют в структуре энергетических затрат. При консервировании сырого фуражного зерна пропионовой кислотой они достигали 96,4 %, порошкообразной серой – 96,3 % (табл. 4.28).
Консервирование сырого зерна сушкой и подготовка его к скармливанию дроблением также достаточно энергоёмкие процессы. И в этом случае овеществлённые затраты играют определяющую роль. Так, при уборке зерна стандартной влажности эти затраты составили 93,6 %, при его досушивании и дроблении – 88,9 % (табл. 4.29).
Существенная разница имеется также и между сухим и досушенным зерном. Очистка и дробление сухого зерна в сравнении с этими же операциями, дополненными сушкой, обходятся энергетически дешевле в 1,56 раза. При этом прямые затраты возрастают в 2,9, овеществлённые – в 1,5 раза (табл. 4.29).
Расчёты показали, что самые низкие затраты энергии на консервирование и подготовку 1 т зерна к скармливанию было в варианте консервирования с использованием нового дозирующего устройства и обработкой его порошкообразной серой. Полные затраты энергии на 1 т зерна в этом случае были на 13 МДж или на 0,35 % ниже, чем у зерна, обработанного пропионовой кислотой, на 202,4 МДж или на 5,5 %, чем у зерна естественной сушки и на 1051,7 МДж или на 28,5 %, чем у досушенного зерна. На 1 т сухого вещества меньше всего прямых затрат энергии было в зерне естественной сушки, по сравнению с которым в сыром зерне с порошкообразной серой его было меньше на 213,0 МДж, в зерне с пропионовой кислотой – на 230,0 МДж и в досушенном зерне – на 2775,4 МДж или на 4,6; 5,0 и 49,4 % соответственно. Следовательно, использование нового дозирующего устройства было более энергосберегающим, чем досушивание зерна одинаковой влажности до стандартного содержания влаги или консервирования пропионовой кислотой и практически таким же, как у зерна, имеющего стандартную влажность при уборке.
При использовании нового дозатора для внесения порошкообразной серы окупаемость затрат энергии обменной энергией, заключённой в консервированном зерне, была примерно равной таковой у сухого зерна и меньше, чем у зерна досушенного и обработанного пропионовой кислотой. Энергоёмкость машин в этом варианте была выше, чем у сухого зерна, примерно такой же, как у зерна с пропионовой кислотой и ниже, чем у зерна, доведённого до стандартной влажности досушиванием.
Таким образом, предлагаемый нами дозатор для внесения порошкообразного консерванта в 1,6 раза энергоэффективнее используемого для внесения жидкого консерванта. Благодаря этому общие энергоёмкость и энергозатраты в новом варианте снижены на 0.3 %. Полные затраты энергии при консервирования сырого зерна порошкообразной серой в новом варианте оказались на 8,0 и 1051,7 ГДж ниже, чем соответственно в варианте консервирования пропионовой кислотой в основном за счёт меньшей энергоёмкости нового дозирующего устройства и используемого консерванта, а также досушивания до стандартной влажности. Окупаемость затрат энергии на заготовку энергической питательностью корма в новом варианте также были несколько выше, чем у зерна с пропионовой кислотой и досушенного до стандартной влажности.