Библиографическое описание:

Джабборов Н. И., Захаров А. М., Зыков А. В. Математические модели для определения технико-экономических показателей оценки эффективности процесса очистки картофеля аэродинамическим способом (некоторые результаты проекта 16-38-00343 РФФИ) // Молодой ученый. — 2016. — №16. — С. 85-88.



Работа выполнена по проекту РФФИ № 16–38–00343. В статье приведены разработанные на основе теоретических исследований математические модели для определения технико-экономических показателей — производительности машины и энергоемкости технологического процесса очистки картофеля аэродинамическим способом. Установлена тесная связь энергоемкости технологического процесса очистки от производительности машины, плотности, влажности и температуры клубней и примеси, вместимости и частоты вращения чаши, температуры направленного воздушного потока и коэффициента поглощения тепла. Приведены расчетные формулы и методика определения удельных энергозатрат на привод рабочих узлов, на подогрев и подачу целенаправленного воздуха, систему вытяжки воздуха и его фильтрации.

Ключевые слова: аэродинамический способ очистки, технологический процесс, производительность машины, энергоемкость процесса, энергоемкость машины, удельные затраты энергии, энергетический эквивалент

Разработке и исследованию машин для сортирования и послеуборочной обработки картофеля и других клубнеплодов посвящены многочисленные работы отечественных и зарубежных ученых. В качестве примера можно привести работы Н. Н. Колчина, В. В. Миткова, И. М. Фомина, Г. А. Логинова и других [1–6]. Анализ показывает, что известные способы сухой и мокрой очистки клубнеплодов, хотя являются достаточно эффективными, но требуют совершенствование с точки зрения обеспечения экологической безопасности, энергетической и экономической эффективности.

Предлагаемый аэродинамический способ относится к сухим способам очистки картофеля. Аэродинамический способ очистки включает в себя использование определенной воздушной нагрузки на поверхность клубня, а также создание постоянного потока воздуха с постоянной положительной температурой для вывода загрязненного воздуха из системы очистки в фильтрующий элемент.

При таком способе очистки на поверхность клубня подается направленный воздушный поток с определенным давлением и температурой.

Разработка мобильных или стационарных технических средств должна быть осуществлена на основе определенных научных принципов с прогнозированием показателей оценки эффективности их функционирования в конкретных условиях производства. В качестве примера можно привести работу [7], где подробно изложены научные основы синтеза высокопроизводительной техники для обработки почвы и посева сельскохозяйственных культур. Одним из основных показателей эффективности технических средств является их производительность.

Производительность машины для очистки картофеля аэродинамическим способом представляет собой ее способность обеспечивать предреализационную очистку клубней в тоннах в единицу времени. Производительность машины для очистки картофеля аэродинамическим способом зависит от вместимости и частоты вращения чаши, плотности определенного объема клубней, твердости и влажности примеси и поверхности клубней, их температуры, а также от коэффициента поглощения тепла клубнями и почвенной примеси.

С учетом этого производительность машины для очистки картофеля аэродинамическим способом можно подсчитать по формуле:

, т/ч(1)

где вместимость чаши, м3; плотность определенного объема материала, т/м3; частота вращения чаши, мин-1; поправочный коэффициент.

Поправочный коэффициент определяется по формуле:

(2)

первоначальная твердость примеси и поверхности клубни до очистки, кг/см2; твердость примеси и поверхности клубни в начале образования твердой корки, г/см2; первоначальная влажность примеси и поверхности клубни до очистки, %; влажность примеси и поверхности клубни в начале образования твердой корки, %; температура примеси и поверхности клубня до очистки, оС; температура направленного воздушного потока на клубни, оС; коэффициент поглощения тепла клубнями и почвенной примеси.

С учетом выражения (1) и (2) общая формула для определения производительности машины для аэродинамической очистки картофеля можно представить в виде:

(3)

Энергоемкость технологического процесса представляет собой затраты энергии, необходимой для осуществления технологического процесса. Энергоемкость средств механизации (тракторов, сельскохозяйственных машин, стационарных машин для переработки и очистки продукции и т. д.) представляет собой затраты энергии на их производство и ремонт [8]. Энергетическая эффективность технологического процесса — показатель, устанавливающий соотношение между оптимальным значением энергии, соответствующим максимуму коэффициента полезного действия энергоресурсов, затрачиваемых на технологический процесс, и реальных (достигнутых в определенных условиях) затрат энергии на технологический процесс [9].

Энергетическая эффективность любого технологического процесса зависит от величины его энергоемкости. Применительно к мобильным сельскохозяйственным агрегатам, применяемым в растениеводстве, в работах [7–11] приведены детерминированные и вероятностные модели расчета и оптимизации энергоемкости технологических процессов и соответствующих технических средств. Эти модели не в полной мере описывают технологический процесс очистки клубнеплодов аэродинамическим способом.

Энергоемкость технологического процесса аэродинамического способа очистки картофеля можно определить по формуле:

, МДж/т(4)

где затраты энергии, выраженные расходом электрической энергии, МДж/т; затраты энергии, содержащейся в жидкости (воды) в фильтрующем элементе, МДж/т; энергоемкость машины для очистки картофеля аэродинамическим способом, МДж/ч; энергетические затраты живого труда на единицу времени, МДж/ч; производительность машины для очистки картофеля аэродинамическим способом, т/ч.

Затраты энергии, выраженные расходом электрической энергии определяется по выражению:

, МДж/т(5)

где удельные затраты энергии на привод чаши, (кВт∙ч) /т; удельные затраты энергии на образование общего потока воздуха в системе, (кВт∙ч)/т; удельные затраты энергии на образование и подачи сжатого направленного потока воздуха на клубни, (кВт∙ч)/т; удельные затраты энергии на подогрев воздуха в системе, (кВт∙ч)/т; переводной коэффициент, учитывающий КПД (коэффициент полезного действия) электростанции и сетей, . (1 кВт∙ч=3,6МДж); коэффициент, учитывающий дополнительные затраты энергии на производство 1 кВт∙ч электрической энергии.

Фактические затраты электрической энергии можно определить с помощью счетчиков электрической энергии.

Удельные затраты энергии на привод чаши определяется по формуле:

, (кВт∙ч)/т(6)

где расход электрической энергии на привод чаши за 1 час, (кВт∙ч)/ч; производительность машины для аэродинамической очистки картофеля, т/ч, выражения (19) и (20).

Удельные затраты энергии на образования общего потока воздуха в системе можно определить по выражению:

, (кВт∙ч)/т(7)

где расход электрической энергии на образование общего потока воздуха в системе, (кВт∙ч)/ч.

Удельные затраты энергии на образование и подачи сжатого направленного потока воздуха на клубни определяются по формуле:

, (кВт∙ч)/т(8)

где расход электрической энергии на образования и подачи сжатого направленного потока воздуха на клубни за единицу времени, (кВт∙ч)/ч.

Удельные затраты энергии на подогрев воздуха в системе определяются по формуле:

, (кВт∙ч)/т(9)

где затраты электрической энергии на подогрев воздуха в системе, (кВт∙ч)/ч.

Затраты энергии, содержащейся в жидкости (воды) в фильтрующем элементе (МДж/т) можно определить по формуле:

, МДж/т(10)

где объем воды для очистки загрязненного потока воздуха при очистке 1 т продукции, м3/т; энергосодержание 1 м3 воды, МДж/м3.

Энергоемкость машины для очистки картофеля аэродинамическим способом (МДж/ч) определяется из следующей зависимости:

, МДж/ч(11)

где масса машины для очистки клубней аэродинамическим способом, кг; энергетический эквивалент машины, МДж/кг; отчисление на (реновацию) полное восстановление машины, %; отчисления на ремонт и техническое обслуживание (ТО) машины, %; нормативная годовая загрузка машины, ч; зональная годовая загрузка машины, ч.

Энергетические затраты живого труда на единицу времени (МДж/ч) можно определить по зависимости:

(12)

где количество обслуживающего персонала, чел.; энергетический эквивалент затрат живого труда, МДж/ч.

Разработанные математические модели позволяют рассчитать производительность машины и энергоемкость технологического процесса очистки клубнеплодов (картофеля) аэродинамическим способом. Математические модели учитывают многочисленные факторы, влияющие на показатели эффективности и качества технологического процесса очистки клубнеплодов аэродинамическим способом.

Адекватность предложенных математических моделей, построенных аналитически, в дальнейшем будут проверены на основе проведения экспериментальных исследований экспериментального образца машины для очистки картофеля аэродинамическим способом. При этом сопоставляются результаты измерения параметров и показателей машины и технологического процесса в целом, с результатами предсказания предложенных математических моделей в идентичных условиях.

Литература:

  1. Колчин Н. Н. Машины для сортирования и послеуборочной обработки картофеля / Н. Н. Колчин. — Минск, 1966. — 300 с.
  2. Технологическая линия подготовки корнеплодов / В. В. Митков [и др.] // Техника в сельском хозяйстве. — 1983. — № 11. — С. 18–19.
  3. Митков В. В. Обоснование конструктивной схемы устройства для сухой очистки корнеплодов / В. В. Митков // Научно-техн. бюл. по механизации и электрификации животноводства. — Запорожье, 1983. — С. 52–56.
  4. Логинов Г. А., Фомин И. М., Орешин Е. Е., Захаров А. М. Экологические требования к технико-технологическим решениям при производстве картофеля / Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2010. № 82. С. 51–57.
  5. Орешин Е. Е., Степанов А. Н., Захаров А. М. Повышение эффективности сухой очистки картофеля щеточными валами / Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2013. № 31. С. 214–220.
  6. Фомин И. М., Захаров А. М. Энергетическая эффективность картофелеводства от технико-технологических решений /Техника и оборудование для села. 2012. № 1. С. 26–27.
  7. Добринов А. В., Джабборов Н. И., Дементьев А. М., Евсеева С. П., Лобанов А. В. Разработать научные основы синтеза высокопроизводительной техники для обработки почвы и посева сельскохозяйственных культур с прогнозированием эксплуатационных показателей и экспериментальный образец многооперационного агрегата блочно-модульной структуры //ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии, Заключительный отчет о НИОКР за 2006–2010 гг, № ГР 01200852548, Инвентарный номер 022.011.00447, СПб-Павловск, 2010. — 67 с.
  8. Методика энергетического анализа технологических процессов в сельскохозяйственном производстве. — М.: ВИМ, ЦНИИМЭСХ, ВИЭСХ, 1995. — 96 с.
  9. Джабборов Н. И., Добринов А. В., Эвиев В. А., Федькин Д. С. Основы повышения энергоэффективности технологических процессов и технических средств обработки почвы. — СПб; Элиста: Изд-во Калм. ун-та, 2016. — 168 с.
  10. Джабборов Н. И. Вероятностно-статистический метод определения энергоемкости технологических процессов в растениеводстве / Методические указания. Тадж. НИИНТИ, Душанбе, 1992. — 41 с.
  11. Джабборов Н. И.,Эвиев В. А.Эффективность использование техники по топливно-энергетическим затратам // Тракторы и сельскохозяйственные машины.– 2005. – № 4. – С. 26–28.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle