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.
Основные термины (генерируются автоматически): очистки картофеля, очистки картофеля аэродинамическим, аэродинамическим способом, картофеля аэродинамическим способом, затраты энергии, технологического процесса, электрической энергии, удельные затраты энергии, потока воздуха, Удельные затраты энергии, технологического процесса очистки, производительность машины, очистки клубнеплодов, процесса очистки картофеля, расход электрической энергии, очистки клубнеплодов аэродинамическим, аэродинамической очистки картофеля, затраты электрической энергии, клубнеплодов аэродинамическим способом, направленного потока воздуха.

Ключевые слова

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

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос