CC BY
29
The results of experimental studies on the turning movement of multi-link transport-technological trains tranporting agricultural cargo
Kushnarev Alexey Nikolaevich, postgraduate
Goncharuk Alexey Ivanovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor Shchitov Sergey Vasilievich, Doctor of Technical Sciences, Professor Kuznetsov Evgeny Evgenievich, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor Kislov Aleksey Aleksandrovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor Far Eastern State Agrarian University
86, Polytechnic St., Blagoveshchensk, Amur region, 675005, Russia E-mail: fmskh@dalgau.ru; leha.kushnarev.79@gmail.com
One of the key conditions for obtaining a high yield is the timely transport and technological support of a number of agricultural operations performed in the technology of agricultural crops cultivation. This issue is especially acute where the timeliness of the above-mentioned work largely depends on the natural and climatic conditions and the state of the soil. The specificity is due to the ability of the power facilities to perform the functions assigned to them, which is largely limited by the traction and coupling properties during this period. This problem is relevant in regions where, during the period of the main agricultural work, the soil has a weak bearing capacity. Under these conditions, wheeled tractors of class 1.4...2 are used to carry out transport and technological work. They are used in multi-link tractor-transport trains that carry out on-farm transportation on roads with a lane width of up to 3 m and a limited increase in the width of the transport corridor at a turn. The study was carried out with the aim of reducing the transport corridor in the turn of tractor-transport units. For this, a device has been developed that allows to solve the indicated problem by adjusting the point of adhesion of the trailer with the energy device. The proposed article presents the results of experimental studies to correct the transport corridor of the unit.
Key words: tractor, device, turn, width of the transport corridor, turning radius.
-♦-
УДК 631.563.2:635.13
Энергоэффективные режимы сушки овощей
О.А. Мелякова, канд. техн. наук ФГБОУ ВО ГАУ Северного Зауралья
Изложены результаты исследования энергоэффективных режимов сушки овощей на примере моркови и свёклы. Для проведения исследования выбрана конвективно-радиационная сушилка. В качестве критерия оценки рассмотрены различные энергетические режимы. Сушка растительных материалов не является только технологическим процессом, это сложный физико-химический процесс. Он сопровождается изменением в овощах их химического состава и энергетической ценности. Сушка проводилась с лёгкой естественной аэрацией при удельной мощности нагревателя, равной 5,1 кВт/м2 и 2 кВт/м2 и удельной загрузке 4,2 кг/м2 и 8,3 кг/м2. В качестве критерия оценки энергетических режимов применим удельный расход энергии. При сушке материала учитывается толщина слоя и размер нарезки. Оптимальная величина, рекомендованная для инфракрасной сушки, составляет от 2 до 5 мм. Для проведения исследования овощи были нарезаны кубиками. При увеличении размеров нарезки материала (толщиной более 5 мм) глубина проникновения инфракрасных лучей уменьшается. Выявлены зависимости расхода электрической энергии от продолжительности включения конвективно-радиационной сушилки.
Ключевые слова: режимы сушки, прерывистое облучение, конвективно-радиационная сушилка, расход энергии.
Тюменская область имеет предпосылки активизации инновационного процесса и благоприятные условия для реализации государственных программ по развитию топливно-энергетического комплекса.
В связи с этим прирост населения за последние пять лет составил около 5 %. Динамика численности населения Тюменской области приведена на рисунке 1 [1].
Суровые климатические условия и недостаток пахотных земель в северных регионах не по-
зволяют там возделывать овощи. Наблюдается ограничение в потреблении овощей местного производства, которое в основном сосредоточено в южных районах Тюменской области. Рассмотрим производство овощей в Тюменской области за анализируемый период на душу населения (рис. 2) [2].
С учётом рекомендованных норм каждый человек ежегодно должен употреблять овощей 140 кг [3]. В таблице 1 представлены современные рекомендуемые рациональные нормы по-
3750 3700 3650 3600 3550 3500
Рис. 1
2014 г. 2015 г. 2016 г. 2017 г. 2018 г.
- Динамика численности населения Тюменской области, тыс. чел.
требления овощей, удовлетворяющие требования здорового питания.
1. Рекомендуемые рациональные нормы потребления овощей
Продукты Кг/год/чел
Овощи 140
В том числе морковь свёкла 17 18
86 85 84 83 82 81 80 79 78 77
Ж
ш
I
ш
2014 г. 2015 г. 2016 г. 2017 г.
2018 г.
Население Тюменской области за счёт местных ресурсов может быть обеспечено овощами примерно на 60 %. В основном потребление овощей в течение года неравномерное, фактически это осеннее-зимний период. Причин тому много: потери при хранении и транспортировке, недостаточное обеспечение холодильными установками, повреждение грызунами и вредными микроорганизмами. Потери овощей на стадии хранения, переработки и получения нестандартной продукции составляют около 40 %. Для сведения к минимуму потерь предложено проводить переработку нестандартной продукции путём искусственной тепловой сушки овощей с применением конвективно-радиационных сушилок.
Материал и методы исследования. Исследование проводили на лабораторной установке на базе сушильного шкафа «Урал-3». Сушка растительных материалов не является только технологическим процессом, это сложный физико-химический процесс. Он сопровождается изменением в овощах их химического состава и энергетической ценности. В качестве критерия оценки энергетических режимов применяли удельный расход энергии. При сушке материала учитывались толщина слоя и размер нарезки. Оптимальная величина, рекомендованная для инфракрасной сушки, составляет от 2 до 5 мм [4].
Для проведения исследования овощи были нарезаны кубиками размером около 5 мм. При увеличении размеров нарезки материала (толщиной более 5 мм) глубина проникновения инфракрасных лучей уменьшается. На это указы-
Рис. 2 - Производство овощей в Тюменской области на душу населения, кг
вают исследования многих авторов, в том числе М. Дерибере, А.С. Гинзбурга, А.В. Лыкова и других [5, 6]. При толщине менее 2 мм скорость сушки увеличивается, но при этом образуется много крошки. Выбранная нами величина нарезки способствует уменьшению продолжительности сушки и ускоряет процесс восстановления сушёных овощей при дальнейшей кулинарной обработке. Скорость сушки влияет на качество продукции и на сохранение в них витаминов. В качестве материала исследования были выбраны свёкла и морковь.
Результаты исследования. С точки зрения энергетических затрат воздушно-солнечная сушка самая эффективная. Увеличение продолжительности процесса сушки при ней обусловлено низкой концентрацией солнечной энергии, приходящейся на единицу площади материала. Наиболее эффективна прерывистая сушка, обеспечивающая единую направленность градиентов температуры и влажности.
Для исследования были выбраны разные режимы сушки в конвективно-радиационной сушилке при различных нагрузках. Овощи располагались на сетчатом поддоне на высоте 110 мм над нагревательным элементом. Сушка протекала с лёгкой естественной аэрацией при удельной мощности нагревателя, равной 5,1 и 2 кВт/м2, с удельной загрузкой 4,2 и 8,3 кг/м2. Динамика нагрева свёклы и моркови при непрерывном режиме облучения имеет значительные градиенты температуры и влагосодержания. Быстрое повышение температуры материала приводит к длительному воздействию высокой температуры на овощи, что ухудшает их технологические свойства. Отсюда возникает необходимость в прерывистом режиме облучения. Такое облучение позволяет избежать перегрева материала, что важно для сохранения его качества, а также снизить расход энергии.
Кривые расхода электрической энергии в зависимости от повторно-кратковременного облучения приведены на рисунке 3.
100
90
5
з а
ш
X
т ^
О
£ 80
70
60 70 80 90 100 ПВ, %
—О— свёкла Муд = 8,3 кг/м2 —морковь Муд = 8,3 кг/м2
—□— свёкла Муд = 4,2 кг/м2 —морковь Муд = 4,2 кг/м2
Рис. 3 - Зависимость расхода энергии Ж от продолжительности включения ПВ, %
При рассмотрении этих зависимостей можно сделать вывод, что существенной разницы между расходом энергии при сушке свёклы и моркови нет, она лежит в пределах эксперимента. Это объясняется тем, что разница в начальной влажности перед сушкой составляла 2 - 5 %, температура нагревателя - 473 К. Спектральная чувствительность свёклы и моркови при выбранной температуре нагревателя была максимальной и сильного различия не имела [7].
Прерывистое облучение позволяет уменьшить расход энергии на сушку. Уменьшение расхода энергии происходит за счёт более рационального распределения градиента влагосодержания и градиента температуры. Продолжительность работы определяется по отношению продолжительности процесса сушки (е) по следующей формуле:
tр
в(ПВ) = —р—100 %
^ + ^
(1)
где ^ - время работы;
tо - время паузы (отлёжки).
Материал во время облучения нагревается и происходит интенсивное испарение жидкости из поверхностных слоёв, в период паузы материал охлаждается за счёт аккумулированной теплоты в результате испарения жидкости. При этом ступенчатом методе сушки суммарный нагрев материала не велик, а в сочетании с периодом паузы облучения происходит не только охлаждение, но и сушка. В период отлёжки - паузы испарение влаги происходит с поверхностных слоёв. Температура на поверхности материала резко уменьшается, и градиент температура изменяет направление. В этом случае температурный градиент не замедляет, а, наоборот, ускоряет отведение влаги к поверхности материала. В период паузы при облучении влагосодержание в
центре материала уменьшается. Подвод теплоты к материалу происходит во время облучения, направленного на испарение влаги, а во время паузы влага перемещается из центральных слоёв материала к поверхностным слоям. В этом случае происходит незначительный его нагрев, и перемещению влаги не препятствует термодиффузия.
Сушка, происходящая при малом градиенте влагосодержании, исключает появление трещин. Соотношение между периодом облучения (работы) (тоб) и периодом отлёжки (паузы) (тот) определяется величиной коэффициента диффузии влаги материала. Необходимо стремиться к такому соотношению тоб / тот, чтобы зависимость между влагосодержанием и материалом, и временем облучения была линейной. При рассматриваемой зависимости мы более эффективно используем энергию излучения для испарения влаги из материала, а свойства самого материала - в период паузы для перемещения влаги [8]. Исследования показали, что минимальный расход энергии при прерывистом облучении ПВ = 70 %, т.е. время облучения составляет 13 мин., а время паузы (отлёжки) - 6 мин. При увеличении времени паузы до 9,5 мин. и уменьшении времени работы (облучения) до 9,5 мин. (ПВ = 50 %) сушка будет проходить при более низких температурах. Это приводит к увеличению продолжительности сушки и ухудшению качества овощей. Вместе с увеличением времени сушки увеличивается и расход электрической энергии (рис. 4).
Вывод. При ПВ = 70 % экономия электрической энергии по сравнению с непрерывным облучением составила для свёклы 14 %, для моркови - 10 %. Эта зависимость прослеживается с удельной нагрузкой 8,3 и 4,2 кг/м2. Расход энергии при непрерывном облучении свёклы и моркови с разной удельной загрузкой составля-
2 1,8 1,6 ? 1,4 1,2
со
X
5
S ^
а
£ 1
m
S 0,8
о
* 0,6 re
* 0,4 0,2 0
Руд=2 кВт/кв.м; Муд=8,3 кг/кв.м
Руд=2 кВт/кв.м; Муд=4,2 кг/кв.м
Руд=5,1 кВт/кв.м; Муд=8,3 кг/кв.м
Руд=5,1 кВт/кв.м; Муд=4,2 кг/кв.м
Шморковь
Рис. 4 - Расход энергии при непрерывном облучении
свекла
ет Руд = 5,1 кВт/м2 и Руд = 2,0 кВт/м2. Анализ результатов показывает, что расход энергии находится в прямой зависимости от удельной мощности и удельной загрузки материала. При увеличении удельной загрузки в 2 раза расход энергии увеличивается в 1,3 раза при удельной мощности нагревателя 5,1 кВт/м2 и в 1,7 раза -при удельной мощности 2,0 кВт/м2, в среднем для свёклы и моркови.
Литература
1. Тюменская область (кроме Ханты-Мансийского автономного округа - Югры и Ямало-Ненецкого автономного округа) в цифрах (2014 - 2018). Краткий статистический сборник. Тюмень, 2019. С. 97 - 100.
2. Структура питания населения Тюменской области [Электронный ресурс]. URL: http://72.rospotrebnadzor.ru/ content/512/76942/.
3. Об утверждении рекомендаций по рациональным нормам потребления пищевых продуктов, отвечающих современным требованиям здорового питании. Приказ Минздрава России от 19.08.2016 г. № 614 [Электронный ресурс]. URL: https:// www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/71385784/.
4. Применение электрической энергии в сельском хозяйстве. Справочник / под ред. П.М. Листова. М. Колос, 1973. С. 525 - 529.
5. Гинзбург А.С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1976. 248 с.
6. Дерибере М. Практическое применение инфракрасных лучей. М.-Л.: Государственное энергетическое издание, 1959. 440 с.
7. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов / под ред. А.И. Рогова. М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1981. 288 с.
8. Лыков А.В.Теория сушки. М.: Энергия, 1969. 471 с.
Мелякова Ольга Александровна, кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья» Россия, 625003, г. Тюмень, ул. Республики, 7 E-mail: molga19@yandex.ru
Energy efficient modes for vegetable drying
Melyakova Olga Alexandrovna, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor Northern Trans-Ural State Agricultural University 7, Republic St., Tyumen, 625003, Russia E-mail:molga19@yandex.ru
The results of the study of energy-efficient modes of drying vegetables on the example of carrots and beets are presented. A convective radiation dryer was selected for the study. Various energy modes are considered as an assessment criterion. Drying of plant materials is not only a technological process, it is a complex physical and chemical process. It is accompanied by a change in the vegetables' chemical composition and energy value. Drying was carried out with light natural aeration with a specific heater power equal to 5.1 kW/m2 and 2 kW/m2 with a specific load of 4.2 kg/m2 and 8.3 kg/m2. The specific energy consumption is used as a criterion for evaluating energy modes. When drying the material, the thickness of the layer and the size of the cut are taken into account. The optimal value recommended for infrared drying is from 2 to 5 mm. For the study, the vegetables were diced. When the cutting size of the material increases (with a thickness of more than five millimeters), the depth of penetration of infrared rays decreases. The dependences of electric energy consumption on the duration of switching on are revealed.
Key words: drying modes, intermittent irradiation, convective radiation dryer, energy consumption.
