Методика обоснования производительности зерносушильного оборудования

Введение. Одним из важнейших этапов уборки урожая является послеуборочная обработка, так как она определяет, насколько качественно сохранятся все полезные свойства зерна для его дальнейшего хранения и реализации. Для лучшего сохранения природных достоинств зерна необходимо, чтобы его влажность при продолжительном хранении составляла не более 15 %. При высокой влажности зерна происходит его самосогревание за счет доступа кислорода атмосферного воздуха. Наиболее опасно хранить зерно, когда самосогревание начинается на второй-третий день после приема его в хранилище [1].

Цель исследования : повышение эффективности механизированных процессов в растениеводстве согласованием параметров зерноуборочных и сушильных комплексов.

Задачи исследования:

• 1.    Провести анализ функционирования механизированного процесса уборки и сушки зерновых культур, обосновать пути повышения их эффективности на основе согласованности эксплуатационнотехнологических параметров.

• 2.    Установить взаимосвязь производительности зерноуборочных и зерносушильных комплексов.

• 3.    Подтвердить теоретические исследования в производственных условиях.

Методы и результаты исследования. Систему функционирования технических средств при уборке и послеуборочной обработке зерновых культур можно представить в виде схемы, представленной на рисунке 1.

Рис. 1. Структурная схема функциональных связей зерноуборочных и зерносушильных процессов:

(N – количество уборочных агрегатов; Д у – сроки уборки, дни; n м – количество механизаторов, чел.;

Q дн – дневная производительность агрегата; τ у , τ – коэффициенты использования времени смены при уборке; Т у – длительность работы в течение суток уборочных агрегатов; Д – длительность работ, дни; Д а – длительность работ в соответствии с агротехническими требованиями; K w – влажность хлебной массы, %; У – урожайность, т/га; Q – площадь посева, га

В технологический процесс производства зерна входят уборочные и зерносушильные звенья, которые должны быть взаимосвязаны по производительности между собой. Нарушение агротехнических сроков под воздействием влияния климатических условий на производственный процесс приводит к значительным потерям продукции и снижению эффективности производства зерна.

Результатами, оценивающими уборочный процесс, являются длительность работ, потери продукции и затраты. К категориальным понятиям, оценивающим механизированный технологический процесс, относятся климатические условия и ресурсный потенциал сельскохозяйственного предприятия [2]. Значительное влияние на производительность зерносушильного оборудования оказывают погодные условия [3–5]. При высокой влажности хлебной массы затрудняется обмолот зерновых культур, зерносушильному оборудованию требуется больше времени, чтобы довести зерно до кондиционной влажности, вследствие чего растягиваются сроки уборки.

При обосновании рациональной нагрузки на зерносушильное оборудование в зависимости от погодных условий необходимо учитывать не только влажность обрабатываемого материала, но и такие показатели, как стоимость производимой продукции и привлекаемой техники, сезонную нагрузку на комбайны, их техническое состояние [6].

Для обоснования рационального уровня нагрузки на зерносушильное оборудование в зависимости от погодных условий разработана целевая функция на основе минимума затрат:

^ин.з. ^З_т + П + Зпр.зер. ^ min, (1)

где З т – затраты на топливо для сушки, руб/га; П – потери продукции, руб/га; З пр.зер. – затраты на эксплуатацию зерносушильного оборудования, руб/га.

Зависимость затрат на эксплуатацию зерносушильного оборудования определяется из выражения

З пр.зер

B ⋅ α c

Q

где В с – балансовая цена зерносушилки, руб; α – отчисления на амортизацию; Q – убираемая площадь зерновых культур, га.

Ущерб от потерь продукции при использовании зерносушильного оборудования определяется по формуле п = 0,5 • Kc • кп • с •

Q n • 0,1-Bp • V(Y) • Тсут т • Кпр

⋅ K пу

где Кс – коэффициент снижения потерь от сочетания сортов, культур по скороспелости; Kп – коэффициент потерь, доля/день; С – стоимость продукции руб/т; Q – убираемая площадь зерновых культур, га; Вр – ширина захвата жатки, м; V(Y) – зависимость скорости комбайна от урожайности; Тсут – время смены работы комбайна, ч; τk – коэффициент использования времени смены комбайна, км/ч; Кпр – коэффициент пропорциональности; Кпу – коэффициент погодных условий; n – количество уборочных агрегатов.

Затраты на топливо для сушки зерна рассчитывается по формуле лива, руб; Dr – количество дней уборки, дни;

В общем виде функцию цели (1) можно представить как

Qh ⋅Tсут ⋅τcy ⋅Rt ⋅Ct (4) т Q r, где Qh – часовая производительность зерносушильного оборудования, т; Тсут – время суток, ч; τсу – коэффициент использования полезного времени сушилки; Rt – количество топлива, затрачиваемого на сушку 1 т зерна, л; Сt – стоимость одного литра топ-

0,5⋅К ⋅k ⋅C⋅                     Q сп                         Qh ⋅T ⋅τ сут cy n⋅0,1⋅B ⋅V(Y)⋅T ⋅τ         Kw

^{, p           сут k} n ⋅ 0,1 ⋅ B p ⋅ V ( Y ) ⋅ T сут ⋅ τ k ⋅ Y

⋅ K пу +

B ⋅ α + ^c

Q

Q ⋅T    ⋅τ  ⋅R ⋅C h сут cy t t

Q

r

После преобразования выражение (5) имеет вид

0,5⋅(C⋅K ⋅K ⋅K ⋅Y⋅k ⋅Q2 + 2⋅C ⋅D ⋅R ⋅Q 2⋅T    2⋅τ cvпу   п        t r t h cут cy

Q⋅Q ⋅T ⋅τ h cyt cy

0,5⋅(1.449488e6⋅α⋅Q 2⋅T    ⋅τ  ⋅2.075e6⋅α⋅Q ⋅T    ⋅τ)

₊ hcут cy           hcут cy _{→ min}

Q⋅Q ⋅T    ⋅τ h cyт cy

Теоретическими исследованиями предусматривалось, что влажность зерновой массы, поступающей от зерноуборочных комбайнов на зерносушильное оборудование, составляла 18–20 %. В результате моделирования выявлена зависимость произво- дительности зерносушильного оборудования от сезонной нагрузки на зерноуборочный комбайн при различном его коэффициенте готовности и ширине захвата жатки (рис. 2, 3).

Сезонная нагрузка на комбайн, га

^^^^^^^^в τк = 0.35         ^^^в ^^ τк = 0.5                τк = 0.65

Рис. 2. Зависимость производительности зерносушилки от сезонной нагрузки на комбайн (В р = 6 м; С = 7 000 руб.; Q = 18000 га; У = 20 ц/га; t = 14 ч (время работы зерносушилки в сутки))

Коэффициент использования времени смены комбайна В=6     В=9.1     В=12

Рис. 3. Зависимость производительности зерносушилки от коэффициента использования времени смены комбайна ( τ к = 0,65; С = 7 000 руб.; t = 14 ч; n = 18 шт.; Q = 18 000 га; У = 20 ц/га)

Моделированием установлено, что при увеличении сезонной нагрузки на зерноуборочный комбайн с 600 до 800 га производительность зерносушильного оборудования уменьшается с 35 до 25 т/ч (рис. 2).

При увеличении коэффициента использования времени смены с 0,45 до 0,65 производительность зерносушильного оборудования возрастает до 30 % (рис. 3). При уменьшении ширины захвата жатки комбайна с 12 до 6 м и коэффициенте использова- ния времени смены равном 0,45 производительность зерносушильного оборудования должна быть снижена до 40 %.

Установлено влияние коэффициента использования полезного времени смены зерносушильного оборудования на его производительность при различном времени использования комбайна в течение суток (рис. 4).

Коэффициент использования времени зерносушилки

Время смены 10 ч. ^^^м ^^мВремя смены 12 ч.     Время смены 14 ч.

Рис. 4. Зависимость производительности зерносушилки от коэффициента использования времени смены зерносушильного оборудования ( τ к = 0,65; С = 7 000 руб/т; В р = 6 м; n = 18 шт.; Q = 18 000 га; У = 20 ц/га)

На рисунке 4 показано, что при увеличении коэффициента использования времени смены зерносушилки с 0,4 до 0,7 ее производительность должна быть снижена с 35 до 22 т/ч.

На производительность зерносушилки значительное влияние оказывает цена производимой продукции (рис. 5). Увеличение цены зерна с 7 000

до 11 000 руб/т при урожайности 20 ц/га предъявляет требование к увеличению рациональной производительности зерносушильного оборудования до 20 %, с 35 до 45 т/ч. При снижении урожайности с 30 до 15 ц/га и стоимости зерна 11 000 руб/т производительность сушилки снижается с 55 до 45 т/ч.

Рис. 5. Зависимость производительности зерносушилки от стоимости зерна ( τ к = 0,65; t = 14 ч; n = 18 шт.; Q = 18 000 га; В р = 6 м)

Установлено, что рациональная производительность зерносушильного оборудования для хозяйств в условиях Южного Зауралья составляет от 3 до 5 т/ч на 1000 гектаров посевной площади. Практическое внедрение результатов расчета в агропромышленное объединение «МУЗА» Курганской области Щучанского района позволило снизить затраты в пределах 1 500–1 700 руб. на гектар.

Таким образом, внедрение разработанной методики по обоснованию рациональных параметров зерносушильного комплекса с учетом производительности уборочно-транспортной линии позволит снизить себестоимость производства продукции и увеличить прибыльность сельскохозяйственного предприятия.

Выводы

• 1.    На основе экономико-математического моделирования получено выражение, позволяющее определить рациональную производительность зерносушильного оборудования в зависимости от сезонной нагрузки на комбайн, коэффициента исполь-

• зования времени смены комбайна и зерносушильного комплекса, стоимости производимой продукции.

• 2.    Установлено, что рациональная производительность зерносушильного оборудования для хозяйств в условиях Южного Зауралья составляет от 3 до 5 т/ч на 1000 гектаров посевной площади.

• 3.    Практическое внедрение результатов расчета в производственных условиях Южного Зауралья позволило снизить затраты на производство зерна в пределах 1 500–1 700 руб. на гектар.