автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Методология обеспечения технологической надежности и качества работы зерноуборочных комплексов с учетом вероятностных условий их функционирования

6

особенностям, не обеспечивают максимального сбора урожая и его качественной переработки.

В 80-е годы была обоснована концепция индустриальных технологий возделывания зерновых культур. Такая технология является в основе своей машинной, сочетающей применение высокопроизводительной техники с новейшими агротехническими приемами. Она предусматривает выполнение всех механизированных операций в оптимальные агротехнические сроки с учетом почвен-но-климатических условий и цикличной прерывности технологических процессов, обусловленных биологическими особенностями растений. Однако отсутствие нормативной потребности в средствах технической оснащенности, неэффективные способы использования их в производстве, а также несоблюдение агротехники привели к тому, что в полном объеме индустриальные технологии не были реализованы на практике.

В-третьих, становление рыночных отношений привело к возникновению принципиально новых организационно-хозяйственных форм сельских товаропроизводителей и значительному расширению их типоразмерного ряда. Появилась возможность временного привлечения со стороны (машинно-технологических станций) отдельных видов машин и технологического оборудования, а также условия для оказания услуг по техническому сервису. Существующие методики обоснования состава и оптимизации структуры уборочно-транспортной системы для семеноводческих хозяйств не учитывают тех коренных изменений, которые произошли в сфере производства за это время. Отмеченное позволяет ставить вопрос о необходимости качественного подхода к формированию и структурному построению технической оснащенности для сельскохозяйственных предприятий.

Система механизации производственных процессов должна отвечать требованиям адаптивности к экономической реформе в АПК. Последнее означает, что качество машин и оборудования должно находить соответствующее отра-

7

жение на их цене. Только в этом случае можно считать выбранные технологии (технологические процессы) рациональными.

В-четвертых, наиболее значимыми из вышеперечисленных являются методологические причины. Дело в том, что в основе большинства методик выбора оптимальных параметров машин и их процессов лежат детерминированные оптимизационные расчеты. Расчет параметров технической оснащенности осуществляется по среднемноголетним значениям факторов, определяющих условия функционирования. Решения, получаемые при этом, как правило, носят частный характер и нередко оказываются неоптимальными.

В условиях недостаточной обеспеченности сельскохозяйственных предприятий материальными ресурсами особую актуальность приобретает проблема, ситуационного управления качеством технической оснащенности. Разработка методики оценки качества технической оснащенности позволит с учетом вероятностной природы условий функционирования осуществлять вариантный выбор (проектирование) оптимальных стратегий. При этом важно установить границы устойчивого функционирования машин и их процессов.

Условия работы средств механизации технологических процессов характеризуются информационной неопределенностью, вызванной непрерывным изменением входных параметров и действием помех. В этой ситуации особую значимость приобретает проблема формирования оценочных показателей, характеризующих эффективность и технологическую надежность средств механизации растениеводства. Учитывая, что отдельные положения теории принятия решений не до конца разработаны и требуют методического уточнения, необходимо и дальше развивать научные исследования в указанном направлении.

Решение этой проблемы актуально для хозяйств Нечерноземной зоны и, особенно, ее Северо-Западного региона, где уборочный сезон характеризуется неблагоприятными погодными условиями, а вероятность кондиционной влажности зерна составляет 0,1 [177]. Следовательно, для выбора единственного

9

• методика обоснования уровня адаптивности и технологической надежности зерноуборочных комплексов к условиям функционирования.

Основное содержание диссертации составляют исследования автора, выполненные в СПбГАУ за период с 1981 года по настоящее время под научным руководством доктора технических наук, профессора В.Г.Еникеева.

Тема диссертации утверждена Ученым Советом СПбГАУ и соответствует "Концепции развития механизации, электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства Нечерноземной зоны РФ на 1995 год и на период до 2000 года".

Полученные в работе научные и практические результаты отвечают приоритетным направлениям НИОКР, определенным Международной конференцией "Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России", которая была организована Отделением механизации, электрификации и автоматизации Россельхозакадемии, Главным управлением механизации и электрификации МСХП России и Главным управлением по развитию сельскохозяйственного и тракторного машиностроения Роскоммаша в 1995 г. (ГОСНИТИ, г.Москва).

Основные положения диссертационной работы доложены на Всесоюзном координационном совещании по проблеме послеуборочной обработки и хранения зерна (1984 г.), Всесоюзной научно-технической конференции (1985 г.) региональных, зональных и вузовских научно-производственных, научно-технических и научных конференциях, на научных конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГАУ, научно-техническом Совете ГСКБ "Воронежзерномаш".

Полученные результаты опубликованы в 41 печатной работе.

Материалы диссертации используются в учебном процессе, при обосновании структуры и состава зерноуборочных комплексов и оптимизации режимов их работы в хозяйствах, на машиноиспытательных станциях для прогнозирования эффективности функционирования испытываемых технических средств

10

и агрегатов, а также в проектно-конструкторских организациях для расчета параметров и оценки качества технической оснащенности технологий уборки и послеуборочной обработки зерна.

14

рены передвижные сушилки СЗПБ-2. К этой группе относятся зернопогрузчик ЗП-60 и зерновой метатель ЗМ-ЗО. Принцип организации технологического процесса для этих машин заключается в следующем. Каждая машина обслуживается индивидуально и технологические параметры ее функционирования (производительность, кратность обработки) не зависят от работы остальных машин. Зерновой материал после обработки поступает либо на транспортирующее устройство, либо снова на поверхность тока [154] .

Работа этих машин сопряжена с большими затратами ручного труда. В связи с этим полностью не устраняется опасность самосогревания зерна. Приходится неоднократно пропускать зерно через машину, чтобы удалить сорняки и получить семена базисных кондиций. Как правило, это ведет к повышенному травмированию семян. Так, по данным А.Н.Пугачева [75, 112], каждый пропуск зернового материала через машину вторичной очистки ведет к увеличению повреждений семян на 2...3%. Снижение всхожести, которое наблюдается при этом, означает, что на каждом гектаре посевной площади мы теряем в среднем 30...40 кг зерна [36]. Для зернового поля страны площадью 55...56 млн.га эти потери составят свыше 2 млн.тонн. В большинстве случаев причиной низкой урожайности зерновых является применение для посева некондиционных семян. Так, по данным академика РАСХН Анискина В.И., в 1991 г.сев на площади 13,7 млн.га был проведен семенами, не отвечающими базисным кондициям, в результате чего недобор зерна составил 14... 15 млн. т [6].

В традиционных технологиях возделывания зерновых культур не в полной мере реализуются агробиологические принципы воздействия на растения со стороны средств технической оснащенности.

Ухудшением стойкости к хранению и снижением качества сказывается травмирование на продовольственном и фуражном зерне.

Указанные недостатки были в значительной степени преодолены с переходом на прогрессивный способ обработки зерна - поточную технологию. Она

позволила повысить производительность труда в 6... 10 раз и снизить стоимость

_ _—

16

использоваться самостоятельно или в составе отделений ОБВ-ЮО, ОБВ-160, ОБВ-200 и ОБВ-400. Бункера и отделения временного хранения играют роль компенсаторов "возмущений", вызванных неравномерностью суточного поступления зернового вороха.

Лимитирующим звеном в зерноочистительно-сушильных комплексах является сушилка. Используются сушилки двух типов: шахтные и барабанные. Как правило, для сушки семенного зерна применяются шахтные: СЗШ-8, СЗШ-16, СЗШ-16Р, хотя можно использовать для этих целей и барабанные СЗСБ-4, СЗСБ-8А. На семенном режиме производительность сушилки снижается вдвое. Разовый съем влаги в шахтных сушилках составляет не менее 6%, у барабанных - 4...5% [86]. В зависимости от исходной влажности сушильные камеры (шахты) в шахтных сушилках могут работать либо параллельно, либо последовательно.

Первичная очистка зерна или семян осуществляется на машинах ЗАВ-10.30000 и ЗВС-20. Принцип работы этих машин заключается в следующем: часть легких примесей удаляется воздушным потоком, а битые, щуплые и мелкие семена после решетной очистки формируют фуражную фракцию. Отдельной фракцией идет очищенное зерно.

Зерновой поток после первичной очистки поступает на сортировку (триеро-вание), основной задачей которого является отделение длинных и коротких примесей. Калибрующим признаком триерных блоков ЗАВ-10.90000, ЗАВ-10.90000А и БТ-5 является диаметр ячеек цилиндра. Каждый из указанных блоков имеет 4 цилиндра, работа которых может строиться также по двум схемам: параллельно или последовательно.

При обработке семенного зерна с указанными линиями блокируются семео-чистительные приставки СПЛ-5 и СП-10, имеющие производительность соответственно 5 и 10 т/ч.

В состав приставок входят машины вторичной очистки СВУ-5, пневмостолы

ПСС-2,5, весовыбойный аппарат ДВК-80, мешкозашивочная машина ЗЗЕ-М.

___ _

19

Таблица 1.2

Средства технической оснащенности комплексов и линий для послеуборочной обработки зерна

№№ Пп Наименование оборудования Марка Количество машин и обо] рудования, шт.

кзс- 25Ш кзс- 25Б кзс- 50 ссл- 5 ссл-10 кзс- 20Ш кзс- 20Б кзс- 40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

1 Машина предварительной очистки МПО-50 1 1 2 2 2

2 а ЗД-10.000 - - - - - 1 1 1

3 Машина первичной очистки ЗАВ-10.30000 2 2

4 а ЗВС-20 - - - - - - - 2

5 а ЗВС-20А 1 1 - 1 1 - - -

6 <.(. МЗП-50 - - 1 - - - - -

7 Триерный блок ЗАВ- 10.90000А 2 2 3 1 1

В а ЗАВ-10.90000 2 2 2

9 Машина вторичной очистки СВУ-5А - - - 1 - - - -

10 сс СВУ-10 - - - - 1 - - -

11 Пневмосорти-ровальный стол СПС-5 - - - 1 2 - - -

12 Зерносушилка, 20 т/ч М-819 - - 2 - - - - -

13 Сушилка зерновая шахтная СЗШ-16 - - - - - 1 - 1

14 а СЗШ-16А 1 - - 1 1 - - -

15 Сушилка зерновая стационарная барабанная СЗСБ-8А 2

16 а СЗСБ-8 - - - - - - 2 -

20

Продолжение таблицы 1.2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

17 Бункер активного вентилирования БВ-40 8 8

18 Отделение временного хранения, V = 200 т ЗАВ-50.03.000 1 1

19 -"-, У= 400 т ЗАВ-50.03.000 1

20 Автомобиле-подъемник ГАП-2Ц - - - - - 1 1 -

21 44 ГУАР-15Н 1 1 - 2 2 - - 2

22 44 У-15-УРВС - - 1 - - - -

Модернизированная семенная приставка СП-10А имеет улучшенные технологические показатели по сравнению с приставкой СП-10. Достигнуто это за счет введения в ее состав двух машин вторичной очистки СВУ-5А и пневмо-столов СПС-5. При работе без пневмостолов производительность приставки составляет 12 т/ч, с пневмостолами -10 т/ч.

Отличительной чертой разработанных в последние годы комплексов является наличие в их составе приемных отделений. Так, комплексы КЗС-25Ш и КЗС-25Б комплектуются отделениями вентилируемых бункеров емкостью У= 200 т. Применение вентилируемых бункеров в семяочистительно-сушильных линиях ССЛ-5 и ССЛ-10 повышает качество семян, снижает затраты ручного труда и потери зерна.

Техническая база сельскохозяйственных предприятий позволяет обрабатывать на зерноочистительно-сушильных комплексах и зерноочистительных агрегатах лишь немногим более 60% всего продовольственного зерна, производимого в стране [156]. Поэтому в хозяйствах до настоящего времени используются разрозненные машины и линии, скомпонованные из них хозяйствен-

21

ным способом по индивидуальным проектам. К числу таких машин относятся ворохоочистители ОВС-25, зерносушилки С-10, С-20; сушилка колонкового типа СК-2, сушилка зерновая ромбическая (разработчик - ВНИПТИМЭСХ), зерносушилка АБР (для прямоточной сушки). В одном блоке с сушилками используются вентилируемые бункера. Планируются к производству зерномета-тели производительностью более 100 т/ч.

Работы по совершенствованию технологий обработки зерна и конструктивных параметров машин ведутся как в нашей стране, так и за рубежом. Перспективные технологии предусматривают консервацию влажного вороха искусственным охлаждением [5, 7]. Отрабатываются режимы сушки зерна с использованием солнечной энергии.

В условиях Северо-Запада Нечерноземной зоны России целесообразным является создание зернокормовых комплексов, на которых по безотходной технологии можно вести подработку зерна с частичной его переработкой на кормовые цели [107].

Известны индустриальные технологии уборки всего биологического урожая, разработанные в последнее время как в нашей стране (комбайновый трехфазный способ уборки, "Невейка", "Ленточная"), так и за рубежом (в Швеции, США, Англии, Франции). Они позволяют убрать весь урожай с помощью полевых уборочных машин. Затем зерновая масса влажностью 45% доставляется в контейнерах на стационарный пункт. После сушки в барабанной сушилке основная масса обмолачивается. Режим подработки выбирается в зависимости от целевого назначения зерна. Сушка зерновой массы в барабанных сушилках протекает, как правило, при невысоких температурах.

Однако повсеместного внедрения такие технологии не получили, так как до сих пор не налажен серийный выпуск технических средств для их реализации и прежде всего сушилок хозяйственного назначения.

Указанные технологии обладают также и серьезным недостатком: их энергоемкость в 4,5 раза выше, чем при комбайновой уборке.

__ш——^

22

Ведутся разработки технологий уборки зерновых, когда при прямом ком-байнировании осуществляется срез только колосовой части растений. При этом значительно повышается производительность комбайна за счет снижения нагрузки на молотильный аппарат, т.к. полученный зерноворох характеризуется содержанием зерна и соломы в соотношении 1:0,4... 1:0,6. Для традиционного способа уборки, как известно, это соотношение составляет1:1,5

Известны зерноуборочные комбайны, выпускаемые за рубежом: "John Deer 8820"; Е 516; "Dominator 106". Молотильно-сепарирующие устройства указанных комбайнов выполнены по классической схеме. Комбайны "International Harvester 1480" и "White 9700" имеют молотильно-сепарирующие устройства аксиально-роторного типа. Комбайн TR-70 оснащен двумя роторами, которые вращаются в противоположных направлениях, а зерновая масса перемещается винтообразно в зазоре между ротором и решеткой подбарабанья.

Ротор молотильно-сепарирующего устройства комбайна "Allis Chalmers N 6" расположен перпендикулярно его продольной оси. Для уборки высокоурожайных культур предназначен комбайн "Dominator 116 CS".

В таблице 1, взятой из [121 ], приведены показатели роста урожайности пшеницы, в условиях которого и происходило развитие зерноуборочных комбайнов

Таблица 1.3

Рост урожайности пшеницы (ц/га) в России (бывш.СССР) по сравнению с

развитыми странами

Страна Годы

1909-1913 1953-1957 1963-1967 1980 1990-1992

Россия (бывш.СССР) 6,9 8,9 10,6 16,0 18,7

США 9,9 12,9 17,4 22,5 25,4

Франция 13,1 22,6 31,0 51,7 65,1

Великобритания 21,2 30,9 40,5 58,8 70,0

25

свойств семян и сопутствующих сорняков. Так, тщательный анализ размерных характеристик семян и трудноотделимых примесей показал, что для выделения последних целесообразно применять фракционирование семенного материала. Благодаря этому удается получить высококлассные семена, не прибегая к многократной обработке на одних и тех же машинах. Кроме того, более раннее выделение конечных зерновых фракций способствует сокращению количества машин и оборудования зерноочистительно-сушильных пунктов (ЗОСП) [103].

Значительную прибавку в урожайности дает электронно-ионная обработка семян перед посевом. Эффект достигается за счет обеззараживания поверхности семян и явлений, происходящих в зерновке на молекулярном уровне.

Автор [69] считает, что наиболее оптимальными для подготовки семян являются поточные линии производительностью 10 т/ч и 20 т/ч. Типоразмерный ряд перспективных предприятий, по его мнению, должен состоять из одной, двух, трех и четырех линий и иметь сезонную производительность 1,5; 2,5; 5; 10; 15; 20 тыс. т. Для обработки продовольственно-фуражного зерна планируется выпуск комплексов номинальной производительностью 20; 40; 80 т/ч. В перспективе рост валового сбора зерна потребует строительство пунктов производительностью 100 т/ч и более [6].

Анализ развития технической базы послеуборочной обработки зерна за рубежом показывает, что ведущей тенденци�