close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Оценка влияния оптимальных показателей работы машинно-тракторных агрегатов на энергозатраты технологического процесса..pdf

код для вставкиСкачать
Техника
ТЕХНИКА
УДК 631.3.004.67
Н.В. Цугленок, С.Ю. Журавлев
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ
МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ НА ЭНЕРГОЗАТРАТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
В статье рассматривается проблема снижения энергозатрат при производстве продукции растениеводства за счет использования оптимальных параметров и режимов работы машиннотракторных агрегатов (МТА). Представлены основные составляющие энергозатрат при использовании
сельскохозяйственных агрегатов для выполнения различных технологических операций, а также общая
методика оценки влияния оптимальных режимов работы МТА на уровень энергетических затрат технологического процесса.
Ключевые слова: снижение энергозатрат, оптимальные параметры, режим работы МТА, оценка.
N.V. Tsuglenok, S.Yu. Zhuravlyov
EFFECT ESTIMATION OF THE OPTIMUM INDICES OF MACHINE-TRACTOR UNIT OPERATION
ON TECHNOLOGICAL PROCESS POWER INPUTS
The issue of power input decrease in the process of plant growing product manufacturing due to the use of
the optimum parameters and operating modes of machine-tractor units (МТU) is considered in the article. The basic
components of power inputs in the process of agricultural unit use for various technological operation realization,
and the general technique for estimation of МТU optimal operating mode influence on the level of technological
process power expenditures are given.
Key words: power input decrease, optimum parameters, МТU operating mode, estimation.
Анализ тенденций развития производства продукции растениеводства в России показывает, что рост
затрат энергетических и материальных ресурсов опережает рост количества конечной продукции, т.е. рост
урожайности.
Концепция повышения производительности труда в агропромышленном комплексе, основанная на
использовании интенсивных машинных технологий с применением мощной материалоѐмкой техники в современных условиях, показала свою несостоятельность [1].
Проблемная ситуация, обусловленная противоречием между необходимостью повышения урожайности с.-х. культур и необходимостью снижения энергоматериальных затрат на их производство, приводит к
постановке весьма актуальной проблемы интенсификации процессов растениеводства при снижении затрат
энергоматериальных ресурсов [1].
Целью исследований, результаты которых представлены в статье, является разработка методики
снижения энергозатрат при использовании машинно-тракторных агрегатов (МТА) за счет оптимизации параметров и режимов их работы.
Для этого необходимо решить ряд задач:
1. Провести анализ структуры энергозатрат технологического процесса.
2. Рассмотреть современные методики определения совокупных энергозатрат при использовании
МТА.
3. Разработать рекомендации по оценке влияния оптимальных показателей работы МТА на энергетические затраты.
Анализ структуры энергозатрат на производство продукции растениеводства показывает, что она
имеет три основных составляющих [1]:
- экологическая энергия ЕЭ ;
146
Вестник КрасГАУ. 20 10. №10
- антропогенная энергия Еан ;
- энергия питания почвы ЕП .
Эффективное использование системы машин при выполнении технологических операций относится к
второй составляющей энергозатрат на производство продукции растениеводства Еан .
Энергозатраты при использовании МТА для выполнения различных технологических операций в составе машинных комплексов по возделыванию сельскохозяйственных культур определяются двумя основными составляющими:
- основные прямые топливно-энергетические затраты;
- энергозатраты, обусловленные несоблюдением оптимальных параметров и режимов работы агрегатов.
Работа МТА с отклонением от оптимума загрузки двигателя трактора, установленного с учѐтом влияния случайных внешних факторов, приводит к снижению производительности, удлинению времени выполнения операций технологического процесса и, следовательно, к нарушению агросроков возделывания сельскохозяйственных культур. Нарушение агросроков отрицательно влияет на урожайность, т.е. увеличиваются
потери энергии урожая и общее количество энергозатрат процесса производства сельскохозяйственной продукции. Поэтому при повышении эффективности использования МТА с учѐтом энергозатрат технологического процесса необходимо учитывать спектр факторов, влияющих на обе составляющие процесса, и разработать обобщающий критерий, который объединяет и прямые затраты и потери энергии урожая Епот.
Энергия, потерянная через урожай, может быть определена следующим образом [2]:
Епот=ЕА+ЕУ,
где
(1)
ЕА – энергия, потерянная при нарушении агросроков выполнения операций, МДж/га;
ЕУ – энергия, потерянная в связи с уплотнением почвы, мДж/га.
Суммарные энергозатраты при использовании МТА можно определить по формуле:
Емта=ЕОПР+ЕА,
(2)
где
Емта – энергозатраты при использовании МТА, мДж/га;
ЕОПР – основные прямые топливно-энергетические затраты, мДж/га;
ЕА – энергозатраты, обусловленные несоблюдением оптимальных параметров и режимов работы агрегатов.
Основные прямые энергозатраты определяются по следующему соотношению [3]:
Е опр
где
СЕ GТ
,
Ne
(3)
Е опр – математическое ожидание основных прямых топливно-энергетических энергозатрат;
СЕ
(
Ка ) /(0,36
Т
Т
) – коэффициент;
Т – энергетический эквивалент дизельного топлива, мДж/кг;
Ка – удельное тяговое сопротивление рабочих машин, кН/м;
Т – тяговый КПД трактора на рабочем режиме;
– коэффициент использования времени смены;
N e – математическое ожидание эффективной мощности дизеля, кВт [6]:
Nе
С
2
0,5 а * М к
в
*
1
tн М
в * М к 1 v м2
2
к
vм
147
a1* М к
2
в1* М к 1 v м2 Ф t н
,
(4)
Техника
где
С = 9554-1; а , в , а1 , в1 – коэффициенты, определяемые при аппроксимации стендовой характеристики двигателя;
М к – среднее значение крутящего момента на коленчатом валу, Н·м;
м – коэффициент вариации крутящего момента;
*
Ф(t )
*
1
(2 )
*
*
tи
2
e
t2
2
dt
– функция Лапласа;
0
(t ) (2 )
tН
(М н
1
2
М к)/
екр( 0, 5tН2 ) –
н
плотность
распределения
вероятностей
аргумента t Н ,
;
М н – номинальный крутящий момент, Н·м;
н
_
– стандарт крутящего момента;
GT – средний часовой расход топлива, кг/ч [6]:
_
GT
а , b , а1 , b1
0,5(a bM K ) (a1
b1 M K )Ф(t H ) b1 (t H )
M,
(5)
– коэффициенты, определяемые при аппроксимации стендовой характеристики дви-
гателя;
М
– среднеквадратическое отклонение крутящего момента.
Нарушение агросроков выполнения операций по возделыванию культур происходит, как отмечалось
ранее, при несоблюдении оптимальных параметров и режимов работы МТА и является предметом более
детального изучения.
Для определения ЕА в работе [2] предлагается использовать выражение:
Ni
ЕА
1
СП
i
W Т см nсм
N 1 i C П W Т см nсм
i 1
S0
,
(6)
где СП – коэффициент потерь урожая, мДж/га·день;
СП
где
у q / 100,
(7)
Y – планируемая урожайность, кг/га;
Δy – потери урожая в % на 1 день увеличения агросроков выполнения операций,;
Ni – число целых дней в N1;
S0 – объем работы на данной операции, га;
W – производительность агрегата, га/ч;
N1
где
Y
S0
,
W Tсм nсм
N1 – число дней, необходимых для выполнения объѐма S0;
148
(8)
Вестник КрасГАУ. 20 10. №10
nсм – число смен в одном рабочем дне;
Тсм – продолжительность смены, ч.
Значения Δу устанавливаются с учѐтом условий природно-климатических зон, либо могут быть приняты по табл. 1 [4–5]:
Таблица 1
Уменьшение потерь урожая Δу на 1 день сокращения периода полевых работ, %
Вид работы
Лущение стерни
Безотвальная обработка
Культивация
Дискование
Боронование
Вспашка зяби
Δу
Культура
0,80
0,50
0,30
0,05
1,20
0,50
Колосовые
Кукуруза на силос
Подсолнечник
Горох
Свекла
Картофель
Δу
Посев
0,9
0,6
0,8
1,5
1,6
1,8
Уборка
3,00
0,80
3,60
0,60
0,02
1,50
Определение величины потерь энергии ЕА с использованием выражения (6) необходимо осуществлять путем сравнения базового значения производительности Wб, которое соответствует номинальному
режиму работы МТА и оптимального значения Wопт, которое соответствует оптимальному режиму работы
агрегата с учетом негативного влияния колебаний внешней погрузки.
Базовое значение производительности МТА Wб и оптимальное значение Wопт. необходимо в данном
случае определять по выражению [6–7]:
Сw N е ,
Wч
где
Сw
0,36
Т
(9)
К а 1;
N е – среднее значение мощности дизеля, кВт.
Коэффициент, учитывающий степень влияния переменного крутящего момента на производительность МТА, определяется по формуле:
*
W ч / W чн ,
Wч
(10)
*
W ч – среднее значение часовой производительности, соответствующее оптимальному нагрузочногде
му режиму двигателя, га/ч;
W чн
– среднее значение часовой производительности агрегата в области номинального режима.
Оптимальное и базовое значение топливно-энергетических затрат g eопт и g еб с учетом переменных
внешних воздействий на агрегат определяются по выражению [6]:
_
ge
где
GT / N е ,
g e – среднее значение удельного расхода топлива, г/кВт·ч;
_
GT – средний часовой расход топлива, кг/ч;
N е – среднее значение мощности дизеля, кВт.
149
(11)
Техника
Коэффициент, учитывающий степень влияния переменного крутящего момента на удельный расход
топлива g e , определяется по формуле:
*
ge* / geн ,
ge
(12)
*
g e – среднее значение удельного расхода топлива, соответствующее оптимальному нагрузочному
где
режиму двигателя, г/кВт·ч;
g eн – среднее значение удельного расхода топлива в области номинального режима, г/кВт·ч.
Обобщающий критерий оценки влияния оптимальных параметров и режимов работы МТА на энергозатраты технологического процесса Е МТА определяется по соотношению:
*
где
МТА;
ЕМТА
*
ЕМТА
/ ЕМТАб ,
ЕМТА
(13)
– оптимальное значение коэффициента оценки величины энергозатрат при использовании
*
ЕМТА
– среднее значение энергозатрат при использовании МТА в области оптимального нагрузочно-
го режима работы двигателя, мДж/га;
ЕМТАб – базовое значение энергозатрат при использовании агрегата в области номинального режима работы двигателя, мДж/га.
Общая энергопродуктивность урожая Еп определяется с помощью следующего выражения [1]:
Еп
где
ЕЭ
Епi ,
Э
(14)
ЕЭ – экологическая энергия, мДж;
Э – биоэнергетический КПД растений;
Епi – прибавка энергопродуктивности при энерготехнологических воздействиях Еаi .
Епi
n
Еаi .
ai
,
(15)
i 1
где
аi – биоэнергетический КПД оценки антропогенных воздействий.
Из выражения (15) получаем [1]:
Епi /
аi
n
Eai .
(16)
i 1
В табл. 2 представлены значения
края [1].
Епi
для одной из природно-климатических зон Красноярского
150
Вестник КрасГАУ. 20 10. №10
Таблица 2
Епi яровой пшеницы к энерготехнологическим
воздействиям Еаi в Восточной Сибири при средней урожайности 32 ц/га
Чувствительность энергопродуктивности
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Вид энергетического воздействия
Еаi
Обработка почвы
под пар с внесением удобрений
Посев с внесением
минеральных
удобрений
Зяблевая вспашка
Подготовка семян к
посеву
Лущение
Предпосевная
культивация
Химпрополка
Обработка ядами
Закрытие влаги
Боронование всходов
Прибавка,
%
Прибавка,
ц/га
Энергосодержащие
Энергозатраты, Чувствительность
прибавки,
МДж/га
энергосопряжения
МДж/га
20
6,40
8192
6067
1,36
6
2,88
3686
2514
1,46
5
1,60
2048
1557-вспашки
1,32
3,5
1,12
1434
263
5,46
4
1,28
1638
554
2,96
4
1,28
1638
246
6,66
4
4
3
1,28
1,28
0,96
1638
1638
1228
255
255
199
6,42
6,42
6,18
2
0,64
820
199
4,12
Энергозатраты антропогенных воздействий Еаi формируются, прежде всего, из затрат на семена и
удобрения, на горюче-смазочные материалы, а также из энергии, затраченной при использовании техники.
Поэтому коэффициент аi с учетом эффективности использования оптимальных режимов
работы МТА можно рассчитать по формуле:
аi
Епi /
n
Eai .
ЕМТА .
(17)
i 1
На основании вышесказанного можно сделать следующие выводы:
1. Результаты анализа энергозатрат позволяют утверждать, что основу энергозатрат при использовании МТА составляют прямые топливно-энергетические затраты и потери энергии урожая по причине нарушения агросроков выполнения технологических операций.
2. Изучение современных методик определения величины энергозатрат при использовании МТА позволило определить основные пути оценки влияния оптимальных параметров и режимов на уровень энергозатрат технологического процесса.
Литература
1.
2.
3.
4.
5.
Цугленок Н.В. Энерготехнологическое прогнозирование: учеб. пособие; Краснояр. гос. аграр. ун-т. –
Красноярск, 2004. – 276 с.
Хафизов К.А. Структура энергетических затрат на технологических операциях в растениеводстве //
Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве: тр. 3-й Междунар. науч.-техн. конф.
(Москва, 14–15 мая 2003 года). – М.: ГНУ ВИЭСХ, 2003. – С. 9–13.
Агеев Л.Е., Джабборов Н.И., Эвиев В.А. Оптимизация энергетических параметров МТА // Тракторы и
сельскохозяйственные машины. – 2004. – № 2. – С. 19–20.
Киртбая Ю.К. Резервы в использовании машинно-тракторного парка. – М.: Колос, 1982. – 329 с.
Проектирование технологических процессов в растениеводстве / А.А. Зангиев [и др.]. – М.: ФГОУ ВПО
МГАУ, 2004. – 96 с.
151
Техника
6.
7.
Агеев Л.Е. Основы расчета оптимальных и допускаемых режимов работы машинно-тракторных агрегатов. – Л.: Колос, 1978..
Зангиев А.А., Лышко Г.П., Скороходов А.Н. Производственная эксплуатация машинно-тракторного
парка. – М.: Колос, 1996. – 320 с.
УДК 630
Е.В. Палкин, В.Н. Курицын
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЦЕПОВОЙ ОКОРКИ С ПРОМЫШЛЕННЫМИ СКОРОСТЯМИ ПОДАЧИ
В статье приводятся результаты исследований окорки бревен цеповым органом. Полученные
данные показывают, что окорка цеповым способом по сравнению с традиционными является более эффективной не только по своей производительности, но и с точки зрения энергетических затрат.
Ключевые слова: окорка бревен, цеповой орган, удельная работа, кора, скорость подачи.
Е.V. Palkin, V.N. Kuritsin
RESEARCH RESULTS OF FLAIL BARKING WITH INDUSTRIAL FEED RATES
The research results of log barking by the flail element are given in the article. The obtained data show that
flail barking in comparison with traditional is more effective not only on the productivity, but also from the point of
view of power expenditures.
Key words: log barking, flail element, specific work, bark, feed rate.
В условиях рыночной экономики важнейшим источником улучшения хозяйственной деятельности
предприятий лесной отрасли является глубокая переработка древесины и комплексное использование всей
биомассы дерева. Одним из путей решения этой задачи является качественная окорка бревен.
Окорка сортиментов непосредственно перед распиловкой дает возможность использовать отходы для
производства чистой технологической щепы, высвободив и направив на другие цели значительное количество круглых лесоматериалов, которые в настоящее время расходуются в качестве сырья в целлюлознобумажной промышленности.
Окорка пиловочника улучшает эффективность использования применяемого оборудования: производительность головных лесопильных станков увеличивается в среднем на 4%; уменьшается интенсивность
затупления и износа режущего инструмента на 25%; улучшается качество обработки материалов на 9%, а
точность их размеров на 22–24%; экономия электроэнергии при распиловке каждой тысячи кубометров сырья достигает 300 кВт∙ч. Благодаря окорке повышается культура лесопильного производства и имеется возможность использовать измельченную до нужной фракции кору, которая составляет 7–25% от объема древесины. Дополнительно окорка улучшает обзор и оценку боковой части ствола, обеспечивает его быстрое
базирование, способствует сушке древесины, защищает ее от поражений вредителями [1].
Разнообразные условия применения окорочного оборудования, связанные с большой изменчивостью
размерных и физико-механических свойств древесины, а также с различными требованиями производства к
качеству окорки лесоматериалов, заставляют разработчиков искать новые конструктивные решения для
улучшения качества окоренной древесины.
В последние годы появился принципиально новый способ окорки – воздействие на кору вращающимися отрезками цепей, закрепленных в определенном порядке по образующей на поверхности приводного
вала. В некоторых источниках он называется цепным, в других – цеповым. Мы склоняемся к последней
формулировке, так как она наиболее точно отображает сущность технологического процесса, напоминающего обработку снопов цепами.
Суть процесса заключается в том, что хлысты (а то и деревья) перемещают в осевом направлении
через систему горизонтальных и вертикальных вращающихся валов, на которых прикреплены отрезки обыкновенных цепей. За счет центробежной силы цепи приобретают определенную жесткость, и, воздействуя на
кору, сбивают ее с поверхности ствола. Это воздействие может быть настолько мощным, что способно удалить не только кору, но и сучья. Это подтверждает опыт эксплуатации зарубежных установок производства
фирм «Manitowoc», «Morbark», «Husky Brute» и других [2–3]. В этих установках подкупает крайняя простота
технологии и конструкции, что, очевидно, сказывается и на себестоимости продукции. К сожалению, как все152
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа