Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 8
1.1. Развитие технологии уборки зерновых культур 8
1.1.1. Технология уборки зерновых культур с обработкой биологического урожая на стационаре 11
1.1.1.1.Тимирязевская поточно-стационарная уборка зерновых с обмолотом на стационаре 11
1.1.1.2. Технология уборки зерновых с обмолотом урожая на стационаре с применением молотилок 15
1.1.2. Технология уборки зерновых культур, применяемых для зональных условий восточной сибири 17
1.1.2.1. Кубанская индустриальная технология 24
1.1.2.2. Технология уборки зерновых с обработкой биологического урожая на стационаре для условий северного казахстна 26
1.1.2.3. Технология уборки зерновых для условий западной сибири 28
1.1.2.4. Иркутские технологии уборки зерновых с обработкой биологического урожая на стационаре 30
1.1.2.4.1. Технология уборки семенного зерна 30
1.1.2.4.2. Технология уборки товарного зерна 31
1.1.2.4.3.Технология уборки фуражного зерна 33
1.1.2.4.4. Технология уборки зерна на зеленый корм 35
ВЫВОДЫ ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 37
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССА ДОЗРЕВАНИЯ И СУШКИ ХЛЕБНОЙ МАССЫ В СКОПЛЕНИИ 39
2.1. Выбор параметров сушки и дозревания хлебной массы в скоплениях, влияющих на их динамику 39
2.2. Динамика изменения параметров влажности хлебной массы в период уборки 41
2.3. Способы сушки и дозревания хлебной массы в скоплении 46
2.4. Процесс самонагревания хлебной массы в скоплении 47
2.5. Процесс охлаждения органических материалов в скоплениях 52
2.6. Контроль за процессом самонагревания 54
Выводы 60
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ 61
3.1. Методика определения кинетических параметров процессов самонагревания 61
3.2. Экспериментальная установка и методика проведения лабораторных исследований 66
3.3. Проведения экспериментальных измерений 69
3.3.1 Измерения для определения темпов охлаждения 69
3.3.2, Измерение разогревов и индукционных периодов 71
3.3.3. Обработка результатов измерения 73
3.3.4. Методика определения параметров нагрева хлебной массы в полевых условиях 76
3.3.5. Методика проверки эмпирического распределения с теоретическим 81
3.3.6. Сглаживание эмпирических данных 81
3.3.7. Регрессивный анализ 82
ВЫВОДЫ 84
ГЛАВА 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ 85
4.1. Кинетические характеристики процессов дозревания и. сушки хлебной массы в скоплениях 85
4.2.Выбор аппроксимирующих функций 87
4.3.Определение оптимальных технологических параметров сушки хлебной массы в скоплении 94
4.4. Математические модели процесса 102
ГЛАВА 5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ 107
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 112 '
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 114
ПРИЛОЖЕНИЯ 127
- Развитие технологии уборки зерновых культур
- Выбор параметров сушки и дозревания хлебной массы в скоплениях, влияющих на их динамику
- Методика определения кинетических параметров процессов самонагревания
- Кинетические характеристики процессов дозревания и. сушки хлебной массы в скоплениях
- ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
Введение к работе
Актуальность темы.
Главной особенностью уборки зерновых культур в зоне Восточной Сибири являются неблагоприятные природно-климатические условия. Уборка зерновых проходит при сырой и холодной погоде в конце августа - сентябре. Полная зрелость зерновых достигается в 3 декаде августа. В этот период выпадают обильные осадки: среднее количество осадков в августе составляет 82,8 мм, в сентябре 41,2 мм. Поэтому наиболее эффективной в условиях Восточной Сибири становится технология уборки зерновых с обработкой урожая на стационаре. Кроме того, уборка всей биологической массы урожая с обмолотом на стационаре позволяет быстро освободить поля и в более благоприятные агротехнические сроки провести обработку почвы.
В условиях Восточной Сибири наибольшее распространение получили Кубанская индустриальная технология, североказахстанская технология уборки зерновых с обработкой урожая на краю поля, технология Сибирского института механизации и электрификации сельского хозяйства СО ВАСХНИЛ, а также технологии Иркутской сельскохозяйственной академии по назначению убираемого зерна .
Во всех этих технологиях уборка зерновых включает следующие основные операции: скашивание хлебостоя, сушку растительной массы, выделение и разделение составляющих урожая, транспортировка их к местам складирования или дальнейшей обработки. В зависимости от способов уборки эти операции могут производиться в другой последовательности.
При разработке новых технологий уборки зерновых необходимо использовать агробиологический эффект, который позволяет раньше начинать уборку. Поэтому совершенствование технологии и обоснование параметров скоплений при дозревании и сушке хлебной массы является весьма актуальной
Диссертационная работа выполнена с соответствием с планом НИР Иркутской государственной сельскохозяйственной академии по теме № 15 разделу 1.4. «Технологическое и техническое обеспечение дозревание и сушка хлебной массы в скоплениях».
Цель работы - обоснование размеров скоплений в процессе сушки хлебной массы зерновых культур, определение теплофизических параметров процесса самонагревания хлебной массы, повышающих эффективность технологии уборки урожая.
Объект исследований - процесс сушки и дозревания хлебной массы зерновых культур в технологиях с обработкой биологического урожая на стационаре.
Предмет исследований - основные закономерности показателей процесса сушки и дозревания хлебной массы в зависимости от факторов, влияющих на этот процесс.
Научная новизна.
Разработана модель нагрева зерновых культур в скоплениях в климатических условиях Восточной Сибири с расчетом ее основных теплофизических параметров;
Определены теплофизические параметры процесса самонагревания хлебной массы;
Разработана математическая модель процесса сушки хлебной массы.
Практическая значимость. Разработаны рекомендации по обоснованию технологии скопления хлебной массы в скирдах для крестьянских (фермерских) хозяйств. Разработана номограмма, позволяющая определить основные параметры в процессе сушки хлебной массы в скоплениях.
Реализация работы. Технология скопления хлебной массы в скирдах внедрена в фермерских хозяйствах Аларского, Эхирит-Булагатского и Нукутского районов Усть-Ордынского Бурятского автономного округа.
Апробация работы. Материалы исследований докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Иркутской государственной сельскохозяйственной академии в период 2003-2006 г.г., на расширенном заседании кафедры «Эксплуатация машинно-тракторного парка и БЖД» факультета механизации сельскохозяйственного производства ИрГС-ХА (2006 г.), на международной научно-практической конференции в Бурятском государственном университете (БГУ, г. Улан-Удэ, 2006 г.), на научной конференции Иркутского технического университета (г. Иркутск, 2006 г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 работ общим объемом 1,1..п.л.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, библиографии из 141 наименований, приложения. Она изложена на 130 страниц, включает 14 таблиц, 28 рисунков, 3 приложения.
Развитие технологии уборки зерновых культур
Существует несколько технологий уборки зерновых: комбайновая уборка (раздельная и прямое комбайнирование) и уборка зерновых с обработкой биологического урожая на стационаре.
На протяжении длительного периода основная технология уборки зерновых культур заключалась в том, что вся биологическая масса свозилась на ; стационар и там обмолачивалась. В этой технологии преобладал тяжелый ручной труд на основе конно-ручных орудий. Если рассматривать технологии уборки зерновых культур в ретроспективе , то можно отметить закономерности, подчиняющиеся законам материалистической диалектики: отрицания, борьбы противоположностей и переход количественных изменений в качественные, спиралеобразное развитие и т.д. Так, в начальном периоде цивилизации человеческого общества (первобытный строй) человечество употребляло выращенный урожай злаковых культур прямо на корню. Затем с целью создания запасов зерновых культур стали культивировать и убирать их в ; несколько стадий: скашивание зерновых культур серпами, увязками их в снопы, транспортировка снопов в специальные помещения (овинах, ригах и т.д.) для сушки и дозревания зерна, последующей их обмолот специальными приспособлениями (цепями), ручная сепарация и складирование составляющих урожая. Высушенная и дозревшая хлебная масса обмолачивается по мере необходимости (для питания или продажи) [35,135].
Появление комбайнов привело к революционному перевороту в уборке зерновых и отрицанию принятых технологий. Биологическую массу стали разделять непосредственно в поле. Наиболее ценную часть - зерно - после ; обмолота транспортировали на ток или элеватор. Солому и полову оставляли здесь или вывозили к местам складирования. Эффективность комбайновой уборки, особенно в сравнении с используемым конно-ручным способом, была высокой производительность труда повысилась почти в 30 раз, 3,65 раза . сократились приведенные затраты [11,39,47].
Таким образом, комбайновая уборка зерновых стала бурно развиваться и широко внедрятся [110]. Постоянное совершенствование комбайнов, постепенный рост производительности привел к темпам снижения затрат на уборку зерновых. Пройдя за довольно короткий отрезок времени свой период «зрелости» классическая схема комбайновой уборки по сути дела исчерпали свои возможности. В настоящее время она разделяется на раздельное и прямое комбайнирование.[40,41, 42, 93,107,136].
Раздельное комбайнирование или раздельная уборка включает скаши- . вание зерновых в валки валковой жаткой, сушки зерна в валках и последующие подбор их, обмолот комбайном с подборщиком. Прямое комбайнирование заключается в одновременным скашиванием и разделении зерновой массы на зерно и солому при обмолоте зерновым комбайном[9,17,18,93].
При современных способах прямого комбайнирования или раздельной уборке зерновых нормальный обмолот возможен только в хорошую погоду при влажности 18...20%. Обмолот зерновых с повышенной влажностью приводит к резкому снижению всхожести семян от механических травм. По исследованиям Чазова (1971 г.) [92], Шибаева (1957 г.) [92] и др. авторов после прохождения через молотильный барабан комбайна зерно влажностью 12...17% имеет в последствии всхожесть 97...96%, с влажностью 20...25% -86%.
Выбор параметров сушки и дозревания хлебной массы в скоплениях, влияющих на их динамику
Эффективность процесса сушки хлебной массы зависит от многочисленных факторов, таких как фаза созревания зерновых культур, плотность скопления, влажность хлебной массы, погодные условия (выпадение осадков, температура воздуха, относительная влажность воздуха и т.д.)
При высокой относительной влажности воздуха, выпадение осадков, росы и тумана резко увеличивается влажность хлебной массы и затормаживает процесс сушки и дальнейшее дозревание зерновых культур, что оказывает негативное влияние на данный процесс и может вызвать прорастание зерна, увеличение температуры хлебной массы, после чего наступает процесс самософевания, появление плесени и характерного запаха. Это приводит к ухудшению качества зерна, но и соломы, поэтому должного эффекта от процесса сушки не происходит.
Каждая фаза созревания зерновых культур характеризуется определенными пределами по влажности материала. Например, молочная спелость, имеет наибольшую влажность, чем полная. Зерно менее спелое и более влажное характеризуется повышенной физиолога- и биохимической активностью и обуславливает меньшую стойкость его к хранению. Разделение хлебной массы на фазы созревания по влажности материала весьма условно. Например, хлебная массы восковой спелости может иметь влажность такую же, что при молочно-восковой спелости, из-за того, что влажность соломы часто бывает выше влажности зерна. Н.И. Саидов, А.Б. Винокуров, В.А.Извецова /13/ произвели разделение зерна пшеницы на фазы созревания по влажности материала.
Методика определения кинетических параметров процессов самонагревания
Для количественной оценки условий самонагревания необходимо знать кинетические характеристики процесса.
В Ленинградском институте разработана методика оценки склонности к самонагреванию пыли натуральных топлив по кинетическим параметрам [56]. Достоинство ее состоит в том, что параметры определяются по одной кривой разогрев-время. Однако полученные этим методом значения кинетических параметров являются усредненными. Так, авторами методики были исследованы угли различных марок и древесные материалы. Существенных различий же в кинетике самонагревания этих материалов ими обнаружено не было. При этом получены аномально высокие значения энергии активации. На основании этих результатов можно сделать вывод, что методика имеет низкую чувствительность.
Методика МакНИИ основана на определении термохимических констант, характеризующих склонность к самонагреванию материалов, по содержанию кислорода и углекислого газа в исходящем от реактора потоке. При этом реактор с углем нагревают с постоянной скоростью. По количеству продуктов окисления определяют константу скорости реакции и энергию активации, которые используют для прогноза условий самонагревания в промышленности. Метод позволяет определить окислительную способность углей при любой температуре за короткий промежуток времени. Однако в нем без проведения исследований принимается, что процесс окисления описывается экспоненциальной зависимостью с постоянными значениями кинетических параметров. Температура внутри сосуда во всех точках одинакова, и вступающая в реакцию поверхность постоянна.
В методике института химфизики кинетические параметры определяют по кривым разогрев-время. Для исследований применяют небольшие таблетки материала. Опыты проводят при граничных условиях первого рода (/-»« ), которые достигаются перемещением вещества в расплавленный металл. Таким образом, используемый образец изолируется от окружающей среды. Поэтому эта методика применима только для веществ, в которых окислитель сосредоточен внутри горючего в достаточном количестве (взрывчатые вещества).
Для определения параметров процесса самонагревания известен метод касательных, в котором энергия активации Е и предэкспоненциальный множитель С рассчитываются по критическим температурам самонагревания навесок материала. При анализе должно быть зафиксировано не менее 5-7 критических температур самовозгорания T0ti навесок с различными коэффициентами охлаждения щ. Методика расчета ЕиС состоит в следующем.
В системе координат P=f(T) на оси абциссы находят значения критических температур, проводят прямые, тангенсы угла наклона которых соответственно равны значениям коэффициента охлаждения. Затем проводят огибающую кривую-касательную ко всем графикам охлаждения. После этого кривую линеаризуют в координатах InP 1 и из уравнения прямой определяют значения эффективной энергии активации и предэкспоненциального множителя адиабатической скорости самонагревания.
Кинетические характеристики процессов дозревания и. сушки хлебной массы в скоплениях
Как видно, значение Ей С для хлебной массы хлебной массы пшеницы изменяются. Наиболее низкие значения Е характерны для наиболее ранней спелости зерновых. По мере созревания процесс самонагревания хлебной массы характеризуется несколькими большими значениями кинетических параметров. По найденным значениям можно сделать вывод, что по мере созревания хлебной массы, склонность к самонагреваниго при ее хранении в скоплениях уменьшается.
На основании табл.4.1 нами были построены графики зависимостей предэкспоненциального множителя и энергии активации от степени созревания пшеницы, овса и ячменя. Обычно для эмпирических формул для приближенного изображения их графиков выбирают аппроксимирующую функцию в виде степенного или экспоненциального многочленов, а степень приближения определяется значением коэффициента аппроксимации,
Обработка экспериментальных данных и необходимые вычисления проводились при помощи прикладных компьютерных программ, и оказалось, что в нашем случае каждая зерновая культура имеет разные функциональные зависимости. Так, например, если энергия активации пшеницы зависит от степени ее созревания по степенной зависимости, то у овса и ячменя эта зависимость описывается линейными формулами. То есть на начальной стадии созревания овес и особенно ячмень имеют более низкие энергетические характеристики по сравнению с пшеницей и выравниваются на стадии между восковой и полной спелостью.[99,101,104]. На рис. 4.1 - 4.6 представлены полученные нами графики и их математические формулы.
Экономическая эффективность результатов исследований
За основу расчетов экономической эффективности данных исследований была принята типовая методика, предусматривающая использование результатов научно-исследовательских работ в сельскохозяйственном производстве.[49,129].
При анализе технологического процесса сушки и дозревания хлебной массы пшеницы, овса и ячменя в скоплениях, было определено, что годовой экономический эффект будет складываться из экономии заработной платы, которая получается за счет сокращения продолжительности выполнения технологических операций, а также в результате снижения трудоемкости работ и повышения производительности.
За основу базового варианта был принята традиционная уборка зерновых, а качестве предлагаемого варианта использовали технологию уборки зерновых на стационаре в отличии него в качестве разборщика и молотильного устройства использовался фуражир ФН-1,4.
Годовой экономический эффект при применении предложенных технологиях будут рассчитываться по формуле [129].
