CC BY
61
УДК 631.371
Энергетическая оценка технологического процесса уборки сахарной свеклы
Михаил Николаевич Денцов, аспирант,
Борис Иванович Горбунов, доктор техн. наук, профессор, зав. кафедрой ФГБОУ ВПО Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, г. Нижний Новгород, Россия
E-mail: maikl71988@mail.ru
В условиях вступления России во Всемирную Торговую Организацию вопрос энергоёмкости продукции стал выступать одним из главных критериев конкурентоспособности произведённой продукции. Особенно это связано с такими энергоресурсоёмкими культурами, как сахарная свекла. Из всей технологической линии возделывания сахарной свеклы можно выделить уборочно-транспортные работы, на которые приходится более половины всех затрат.
В целях сокращения энергетических и техногенных затрат при возделывании сахарной свеклы в Нижегородской области были проведены эксплуатационно-технологическая и энергетическая оценки процесса уборки сахарной свеклы и сделаны основные выводы: 1. На уборочно-погрузочных работах при урожайности 27-33 т/га и суточном количестве осадков 0-5 мм установлены потребные энергетические затраты 4452 МДж/ч. 2. Определены пределы варьирования коэффициента производственных условий для низкого - (Кпу = 0,49) и высокого - (Кпу = 0,71)уровней эксплуатации техники. 3. Установлен допустимый уровень осадков при использовании техники, составляющий не более 5 мм в сутки. 4. Выявлено, что при увеличении продолжительности уборочных работ удельные прямые энергозатраты сокращаются, с увеличением биологической урожайности сахарной свеклы удельные общие энергозатраты уменьшаются.
Ключевые слова: свеклопогрузчик, свеклоуборочный комбайн, сахарная свекла, эксплуатационно-технологическая оценка, энергетические затраты
Сахарная свекла обладает самой высокой энергоресурсоёмкой технологией возделывания, причём одной из главных технологических операций при возделывании свеклы является уборка [1], цель которой сбор корнеплодов, обеспечивающий наибольший выход сахара с гектара и при минимальных затратах как денежных, так и энергетических ресурсов. Сбор урожая и качество свеклы в период уборочных работ во многом зависят от влажности почвы, продолжительности и качества проведения работ. На основе вышесказанного можно утверждать, что проведение эксплуатационно-технологической и энергетической оценок процесса уборки сахарной свеклы является важным фактором по сокращению энергоресурсоёмкости технологий и потерь продукции.
Цель экспериментальных исследований - установление энергетических и эксплуатационно-технологических показателей работы уборочной техники в условиях Нижегородской области и определение варьирования энергетических затрат в зависимости от складывающихся природно-производ-ственных условий.
Материал и методы. Экспериментальные исследования проводили в 2011-2013 гг. в ООО «Агрофирме «Золотой Колос», расположенной в Сергачском районе Нижегородской области, согласно ГОСТам 52778-2007 [2] и Р 51750-2001 [3]. Во время экспериментальных исследований регистрировались природные, технические, технологические, энергетические и временные параметры. При формировании механизированной линии уборки сахарной свеклы рассматривались комбайн Ropa Euro Tiger V8-3 и погрузчик Ropa Euro Maus-3.
С целью проведения энергетического анализа механизированных процессов уборки сахарной свеклы все основные виды затрат на выполнение работ были переведены в энергетические единицы, измеряемые в МДж/т, МДж/га, МДж/ч. Из общих энергетических затрат были выделены прямые и косвенные. К прямым затратам отнесены труд человека, расход топлива и смазочных материалов машинно-тракторными агрегатами, комбайнами, которые рассчитывали по формуле:
Enp =ZGCMlа, + (N0 • + Ne ■ ee), 0) i=1
где Осм/ - расход /-ого вида энергоносителя за смену; а/ - энергосодержание /-ого вида энергоносителя; Ы0, - число основных и вспомогательных рабочих; е0, ев - энергетические эквиваленты затрат живого труда за смену соответственно основных и вспомогательных рабочих [3].
К косвенным отнесены энергозатраты на изготовление средств производства, задействованных в механизированных линиях, которые рассчитывали по формуле:
Е = Н ■ М ■ е (2)
кос т т 5 V /
где Н - нормативный коэффициент эффективности энергии, вложенной в производство сельскохозяйственной техники (Н = 0,15); Мт - масса сельскохозяйственной техники; ет - энергетический эквивалент сельскохозяйственной техники;
В качестве комплексной оценки уровня неопределенности внутренней структуры природно-производственной системы нами был введен обобщенный коэффициент про-
изводственных условий, характеризующий уровень эксплуатации техники, который определяли:
К = К ■ К ■ К (3)
пу г м орг ? V '
где Кг - коэффициент готовности МТА; Км - коэффициент учета влияния метеорологических условий на уборочных работах; Корг - коэффициент, характеризующий уровень организации при выполнении уборочных работ [4].
Результаты и их обсуждение. Полученные экспериментальные данные позволили установить параметры, характеризующие уровень эксплуатации свеклоуборочной техники и энергетические затраты в условиях свекловозделываемой зоны Нижегородской области (табл.). Из данных таблицы следует, что за 1 час уборочно-погрузочных работ расходуется энергетических затрат в сумме 4452 МДж. Из их общей структуры на прямые энергозатраты приходится 66%, на косвенные - 34%.
Таблица
Эксплуатационно-энергетическая характеристика свеклоуборочных комбайнов и свеклопогрузчиков (урожайность 27-33 т/га, сумма осадков 0-5 мм/сут)
Показатели Комбайн Ropa Euro Tiger V8-3 Погрузчик Ropa Euro Maus-3
Время смены, ч 7 7
Коэффициент сменности 2,86 2,86
Продолжительность рабочего дня, ч 20 20
Время основной работы, ч 12,8±1,0 12,4±1,4
Коэффициент использования времени смены 0,64±0,05 0,62±0,07
Среднее значение коэффициента готовности 0,82±0,04 0,90±0,02
Среднее значение коэффициента организации 0,85±0,03 0,78±0,04
Сменная производительность 0,99 га/ч 233 т/ч
Прямые энергозатраты 1754 МДж/ч 1194 МДж/ч
1772 МД/га 5,1 МДж/т
Косвенные энергозатраты 945 МДж/ч 560 МДж/ч
954 МДж/га 2,4 МДж/т
В связи с длительностью уборочного процесса в осенний период производили учёт влияния метеорологических условий на ход выполнения работ. На основе аналити-
ческих данных (2005-2013 гг.) и экспериментальных исследований была получена зависимость влияния выпавших за сутки осадков на производительность свеклоубо-
рочных комбайнов (рис. 1), имеющая вид (г = 0,77, п = 120):
Ж = 0,056 ос2 - 1,856 ос + 16,092, (4)
где Ж - суточная производительность свеклоуборочного комбайна (коэффициент сменности Ксм= 2,86), га/день; ос - количество осадков, выпавших за одни сутки, мм.
Суточное количество осадков от 1 до 5 мм приводит к не значительным нарушениям хода уборочного процесса. Пределы варьирования производительности при таком количестве осадков большей степенью обосновываются организационными причинами и готовностью комбайнов. При суточном количестве осадков свыше 5 мм производительность комбайнов резко падает и уже при значении 15 мм работоспособность комбайна приближается к нулю. На основе вышесказанного можно сделать вывод, что допустимый уровень осадков при использовании техники составляет не более 5 мм в сутки.
Рис. 1. Зависимость производительности свеклоуборочных комбайнов от количества выпавших за сутки осадков
На основе обработки данных за 14 лет (2000-2013 гг.) и уравнения (4) получено варьирование коэффициента учета влияния метеорологических условий на уборочных работах Км = 0,81-0,90, среднее значение составило 0,85±0,02. Согласно проведенным экспериментам и формуле (3) низкому уровню эксплуатации техники будет соответствовать значение Кпу = 0,49, высокому уровню эксплуатации - Кпу = 0,71.
На уборочных работах выявлены зависимости изменения удельных энергозатрат от сроков выполнения работ. Величина удельных энергозатрат зависит от количества используемых техногенных ресурсов. На рисунке 2 представлена зависимость удельных прямых энергозатрат, необходи-
мых для выполнения уборки сахарной свеклы в сроки, диктуемые скоростью развития природных процессов сезона, от продолжительности выполнения механизированных работ. При этом выкопанные корнеплоды должны соответствовать ГОСТ Р 526472006 [5]. Из рисунка 2 видно, что с увеличением продолжительности уборочных работ удельные энергозатраты сокращаются.
80000 -
3 70000 -
о 60000 -
50000 -
с 40000 -
30000
и
30
40
50
60
70
Продолжительность выполнения уборки, дни
• - низкий уровень эксплуатации техники ▲ - высокий уровень эксплуатации техники
Рис. 2. Зависимость величины удельных прямых энергозатрат от сроков выполнения уборочных работ
В ходе проведенных исследований была выявлена зависимость изменения общих энергозатрат от биологической урожайности сахарной свеклы (рис. 3).
450
| 400
{5 350 -
300 -
я 3
ю О
250
200
22 24 26 28 30 32 34
Биологическая урожайность сахарной свеклы, т/га • - низкий уровень эксплуатации техники ▲ - высокий уровень эксплуатации техники
Рис. 3. Изменение удельных общих энергозатрат на уборочно-транспортных работах от биологической урожайности сахарной свеклы
При урожайности свеклы 33,0 т/га на уборочных работах необходимо общих энергозатрат в сумме 351,1 и 237,9 МДж/т соответственно для низкого и высокого уровней эксплуатации техники. При урожайности 24,0 т/га их потребность увеличивается до 400,0 и 272,1 МДж/т соответственно. На основе рисунка 3 можно сделать вывод, что с увеличением биологической урожайности сахарной свеклы удельные общие энергозатраты уменьшаются.
Выводы. На основе проведённых исследований была получена эксплуатационно-технологическая и энергетическая оценки средств механизации уборки сахарной свеклы в условиях Нижегородской области:
1. На уборочно-погрузочных работах при урожайности 27-33 т/га и суточном количестве осадков 0-5 мм установлены потребные энергетические затраты 4452 МДж/ч и выявлена их структура: на прямые энергозатраты приходится 66%, на косвенные - 34%.
2. Определены пределы варьирования коэффициента производственных условий для низкого - (Кпу = 0,49) и высокого -(Кпу = 0,71) уровней эксплуатации техники.
3. Установлен допустимый уровень осадков при использовании техники, составляющий не более 5 мм в сутки.
4. При увеличении продолжительности уборочных работ удельные прямые энергозатраты сокращаются, с увеличением биологической урожайности сахарной свеклы удельные общие энергозатраты уменьшаются.
Список литературы
1. Шпаар Д., Дрегер Д., Захаренко А. Сахарная свекла: Учебно-практическое руководство по выращиванию сахарной свеклы. Мн.: «ФУА информ», 2004. 256 с.
2. ГОСТ 52778 -2007 Методы эксплуатационно-технологической оценки: испытания сельскохозяйственной техники. М.: Изд-во стандартов, 2008. 25 с.
3. ГОСТ Р 51750-2001 Энергосбережение. Методика определения энергоёмкости при производстве продукции и оказании услуг в технических энергетических системах. М.: Изд-во стандартов, 2002. 24 с.
4. Иофинов С.А. Эксплуатация машинно-тракторного парка. М.: Колос, 1984. 351 с.
5. ГОСТ Р 52647-2006 Свекла сахарная. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 2007. 9 с.
Energy assessment of technological process of sugar beet harvesting Dentsov M., Gorbunov B.
In the context of Russia's accession to the World Trade Organization question of energy intensity began to be one of the main criteria of competitiveness of their products. This is particularly associated with such energy-intensive crops as sugar beet. Traffic work, which accounts for more than half of all expenses can be distinguished of the entire production line of sugar beet cultivation. Operational-technological and energy estimation of process of sugar beet harvesting was held in order to reduce energy and man-made costs in the cultivation of sugar beet in the Nizhny Novgorod region and the main conclusions were made: 1. At harvesting- loading work with yields 33-27 t/ha and daily rainfall of 0-5 mm set needs energy costs equal to 4452 MJ/h. 2. The limits of variation of coefficient of production conditions for low - (Kpc = 0.49) and high - (Kpc = 0.71) levels of machine exploitation. 3. Allowable level of precipitation is set at using of machines consist not more than 5 mm per day. 4. It is revealed that an increase in the duration of harvesting specific direct energy costs are reduced; with the increase in biological yields of sugar beet specific overall energy costs are reduced too.
Key words: beet wheel, beet harvester, sugar beet, operational and technological assessment, energy costs
