Анализ процесса сушки травы Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

УДК 631.553

В.Д. ПОПОВ, д-р техн. наук, академик РАН; А.М. ВАЛГЕ, д-р техн. наук; А.И. СУХОПАРОВ, канд. техн. наук; С.В. ГАЙДИДЕЙ

АНАЛИЗ ПРОЦЕССА СУШКИ ТРАВЫ

Рассмотрена математическая модель провяливания травы. На основании модели показано, что процесс провяливания можно представить в виде трех периодов, в которых этот процесс происходит с различной динамикой. Исходя из расчетов, выявлена периодичность ворошения травы.

Ключевые слова, корма из трав, консервация трав, процесс сушки.

V.D. POPOV, DSc (Engineering), academician; A.M. VALGE, DSc (Engineering); A.I. SUKHOPAROV, Cand. Sc. (Engineering); S.V. GAYDIDEY

ANALYSIS OF THE PROCESS OF GRASS DRYING

The mathematical model of grass air curing is considered. The model shows that the process of grass air curing is best presented in three periods with different air curing dynamics. Based on the performed calculations the frequency of grass tedding is suggested.

Key words, grass forage, grass conservation, drying process.

Процесс сушки (провяливания) травы в полевых условиях при заготовке кормов из трав является самым продолжительным по времени, на протекание которого влияет огромное количество факторов стохастического характера [1]. От качества его реализации в целом зависит энергетическая и питательная ценность полученных кормов. В процессе провяливания травы происходят необратимые изменения, при которых трава превращается в корм определенного вида (силос, сенаж, сено).

В процессе сушки травы при заготовке сена необходимо удалить существенное количество воды, достигающее 70% от первоначальной скошенной зелёной массы. Так, из одной тонны травы влажностью 80% при провяливании до влажности 17% необходимо удалить 760 кг влаги.

ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 2016. Вып. 88._

Технологический процесс, направленный на получение сена, выполняется несколько дней и связан с риском увлажнения и потерей питательной ценности заготавливаемого корма в результате воздействия атмосферных осадков при изменении погодных условий. Длительность провяливания травы при заготовке сена до кондиционной влажности (17%) в условиях Северо-Запада составляет -4 дней при жаркой сухой погоде.

В условиях Северо-Запада России провяливание травы, как правило, производится в прокосе, так как при этом процесс испарения влаги происходит наиболее интенсивно. Поэтому, вскоре после скашивания валки следует разворошить, при этом трава расстилается на всей площади достаточно равномерно тонким слоем. Процесс сушки травы в тонком слое ещё недостаточно исследован, но исходя из физики процесса, можно сделать следующие предположения:

- слой травы представляет собой множество стеблей травы не контактирующих непосредственно между собой, поэтому при сушке в слое отсутствует движение влаги по толщине слоя;

- сушка травы происходит за счет испарения влаги с поверхности стеблей от воздействия солнечной радиации и ветровой продувки слоя атмосферным воздухом. Для повышения интенсивности влагоотдачи траву вспушивают для увеличения её объема;

- сушка травы происходит только с верхней части слоя, нижняя часть слоя практически не сохнет и для его сушки необходимо выполнять операции по оборачиванию (ворошению) слоя травы;

- в процессе ворошения травы верхняя и нижняя части слоя перемешиваются и слой на всю толщину приобретает некоторую среднюю влажность, с которой опять начинается сушка верхней части слоя.

Для высушивания всей массы травы, операцию ворошения необходимо выполнять несколько раз через некоторые промежутки времени. Количество ворошений необходимо обосновать, так как частое ворошение требует дополнительных материальных затрат и способствует увеличению потерь лиственной части растений. При редком ворошении затягивается время сушки, пересушивается верхний слой, что так же приводит к потере питательных веществ.

Процесс сушки происходит в основном за счет испарения влаги с поверхности и описывается уравнением [2]:

W - W

-^ = ет

Wo - Wp ' (1)

где W0 - начальная влажность травы, %; Wр - равновесная влажность травы; t - время сушки, ч.; л - эмпирический коэффициент (1/ч), учитывающий интенсивность испарения влаги из травы и зависящий от погодных условий, вида травы, фазы вегетации, состояния травостоя и других факторов.

Коэффициент сушки л, если известна равновесная влажность Wр, можно определить по формуле (2), если замерить влажность W1 и W2 в моменты времени t1 и t2 [3]:

2,3(W 1 - Wр )-lg(W 1 - Wp )\

л=-г-7-. (2)

2 11

Для проверки использования соотношения (1) была выполнена обработка экспериментальных данных по сушке клевера в полевых условиях [4]. Результаты обработки показали, что процесс сушки описывается уравнением (1) статистически достоверно, коэффициент детерминации составляет 0,98, а уравнение сушки клевера имеет вид:

W - Wp

р = ехр(-0,029t). (3)

Wo - Wp

Для исследования динамики провяливания травы проанализируем уравнение (1), представив его в следующем виде:

W = Wp + (W0 ^) • . (4)

Это зависимость представляет собой экспоненту, приведённую на рис. 1. Проведем касательную к ней в точке t = 0.

¿1

Рис. 1. Динамика изменения влажности травы при её провяливании

Уравнение касательной представляет собой прямую линию, описываемую уравнением:

У1 = а1 ■ * + ь1. (5)

Ввиду того, что касательная и экспонента имеют общую точку при * = 0, то, соответственно, W = W0, и коэффициенты а1 и Ь1

ÖW_ ~Öt~

= -j(W0 -Wp)• e"jt.

получим из следующих условий: Ь1 = W0, а

Так как * = 0, то а = (Ж0 - Жр).

Окончательно уравнение касательной к экспоненте при * = 0 будет:

У! = W0 - j (Wo - Wp) • t.

(6)

Точку пересечения касательной у1 с линией равновесной влажности Жр определим из (4) подстановкой у1 = Wp, тогда получим:

1

(7)

ti =-j

Восстановим перпендикуляр из точки пересечения касательной у1 с равновесной влажностью Wp до пересечения с экспонентой (см. рис. 1) и спроектируем ее на ось ординат, получим значение

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства_

влажности W1.

Подставляя (6) в (2) получим:

Wl = W(О = Wp + (Wo - Wp) • е-1. (8)

Величина влажности W1 не зависит от времени и показателя экспоненты л, а определяется только значениями W0 и Wp.

Влажность W1 представляет собой некоторую константу, через которую проходит процесс сушки травы, например, если W0 = 75 % и Wp = 15%, то W1 = 37,1%.

Проведем вторую касательную к экспоненте в точке 1 (см. рис. 1). Уравнение касательной будет:

у2 = а2 • t + Ь2 . (9)

Угловой коэффициент а2 определиться так же, как это сделано выше:

а2 =-/• (^0 -Wp)• е(10)

1

при tl = / получим:

«2 =-/• (Wo - Wp) • е-1. (11)

Коэффициент Ь2 получим из условия равенства в точке 2 касательной у2 и экспоненты:

Wp + (Wo -Wp)• е"1 = Ь2 -(^0 - Wp)• е"1 • (12)

откуда получим:

Ь2 = Wp + 2 • (Wo - Wp) • е-1 - к • (Wo - Wp) • е-1 • t2. (13)

2

Отсюда, при = _, влажность в точке t2 будет:

W2 = W= Wp + (^0 - Wp) • е-2. (14)

Восстанавливая перпендикуляр из точки пересечения касательной у2 с равновесной влажностью до пересечения с экспонентой, получим точку 3. Применяя тот же прием, что и выше, проведем касательную в точке 3, и выполнив преобразование, получим координаты точки W3:

3

Отсюда, при ^ = ~, влажность в точке ^ будет:

= — л

-3

Wз = W(tз) = Wp + (^ - Wp) • е-3. (15)

Анализ полученных результатов показывает, что точки 1, 2, 3

107

находятся на равных расстояниях по оси абсцисс. Назовем эти расстояния периодами (первый период, второй период, третий период).

Наиболее эффективно снижение влажности происходит на первом участке, далее интенсивность влагоотдачи скошенной зелёной массы снижается.

Применительно к значениям W0 = 75 % и Wp = 15% динамика изменения влажности приведена в таблице 1.

Таблица 1

Характерные точки изменения влажности при сушке травы в прокосе

Показатели Относительное время провяливания, (точки на кривой сушки)

0 1 2 3

Влажность травы, % 75,0 37,1 23,2 18,0

Абсолютное снижение влажности, % — 37,9 13,9 5,2

Процент снижения влажности % — 50,5 37,5 22,4

Как видно из данных табл. 1, наиболее эффективно влажность снижается на первом участке экспоненты - 50,5%, на втором - 37,5%, на третьем - 22,4%. Т.е. первое ворошение травы необходимо выполнить при достижении верхним слоем травы влажности в точке 1 кривой сушки (66,5%).

В процессе провяливания травы высыхает её верхний слой, нижний слой практически не сохнет. При ворошении травы все слои перемешиваются, и весь слой травы приобретает некоторую среднюю влажность. После первого ворошения влажность слоя травы будет:

wu = ^. (16)

Влажность W11 является начальной влажностью для второго срока провяливания, который будет происходить по первому участку экспоненты уравнение (17):

Wl2 = Wp + - Wp) ■ *-1. (17)

При достижении верхним слоем травы влажности точки 1 кривой сушки, выполняется следующее ворошение, и так до достижения во всем слоем травы заданной влажности.

Для сравнительного анализа показателей провяливания травы были произведены расчеты значений влажности травы при её ворошении через различные периоды. Результаты расчетов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Изменение влажности травы при ворошении её с разной периодичностью

№ п/п Влажность слоя травы после ворошения, %

выполнения Периодичность ворошения травы

операции первый условный второй условный третий условный

ворошения период период период

0 75,0 75,0 75,0

1 56,1

2 43,1 49,1

3 34,2 46,3

4 28,1 34,3

5 24,0

6 21,2 26,0 31,4

7 19,2

8 17,8 21,5

9 16,5 23,6

10 18,4

11

12 16,2 20,3

13

14

15 18,5

16

17

18 16,7

По результатам расчетов можно отметить, что наименьшее время провяливания получается при ворошении через один условный период. При ворошении через два условных периода время провяливания возрастает на три условных периода, а при ворошении через три условных периода - на девять условных периода.

Количество ворошений так же зависит от периодичности ворошений, в первом случае выполняется девять ворошений, во втором и третьем - по шесть ворошений.

Во время провяливания травы при её ворошении рабочие органы машины интенсивно взаимодействуют со скошенной растительной массой, вспушивают, оборачивают и перемешивают её. В процессе взаимодействия рабочих органов с травой возникают потери за счет обламывания листочков и тонких стеблей. Потери тем выше, чем меньше влажность травы, особенно велики потери на завершающей стадии провяливания. Поэтому можно рекомендовать следующую

ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 2016. Вып. 88._

стратегию провяливания травы. В начальной стадии провяливания при высокой влажности травы следует выполнять провяливание через один условный интервал, при средней влажности - через два условных интервала, и заключительные 1-2 провяливания - через три условных интервала.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Попов В.Д., Сухопаров А.И. Информационная и структурная модели управления технологиями в растениеводстве // Вестник РАСХН. 2010. №3. С. 7-8.

2. Динамика сушки травы в полевых условиях / А.М. Валге, В.Д. Попов // Технология и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства в Нечерноземной зоне России. Сб. научных трудов. Вып.65. С-Пб: НИПТИМЭСХ НЗ, 1995. С. 43-49.

3. Лыков А.В. Теория сушки. М.: Энергия, 1968. 472 с.

4. Зубрилин А.А. Научные основы консервирования зеленых кормов / А.А. Зубрилин. М.: ОГИЗ СельхозГИЗ, 1946. 368 с.

УДК 631.54

А.Н. ПЕРЕКОПСКИИ, канд. техн. наук;И.С. ШИТЬ, канд. с.-х. наук

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕОСОБЕННОСТИ ПОСЕВА И УХОДА ЗА СЕМЕННИКАМИ ТРАВ В СИСТЕМЕ ОРГАНИЧЕСКОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

В статье представлены требования к обработке почвы, посеву и уходу за семенниками бобовых и злаковых трав. Предложено использование широкорядного способа посева по критериям органического земледелия. Приведены технологические особенности по срокам сева, междурядной обработке растений и использованию технических средств.

Ключевые слова: широкорядный посев; семенники трав; агротехнология.

A.N. PEREKOPSKII, Cand.Sc. (Engineering); Cand.Sc. (Agriculture)

I.S. SHYT'