CC BY
15
УДК 631.333
ПОВЫШЕНИЕ ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЖИДКОГО ОРГАНИЧЕСКОГО
УДОБРЕНИЯ ПУТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ТЕХНОЛОГИЙ ТРАНСПОРТИРОВКИ И ВНЕСЕНИЯ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО РЕГИОНА
Э.В. Васильев
Приведена схема автоматизированной системы формирования технологий и рассмотрен алгоритм выбора оптимального состава технических средств для транспортировки и внесения жидких органических удобрений. Ключевые слова: утилизация навоза, жидкое органическое удобрение, внесение жидкого органического удобрения.
Внедрение новых технологий в животноводстве позволило интенсифицировать отрасль, но при этом возросли объемы и концентрация навоза, создающие угрозу окружающей среде. Процесс утилизации навоза включает этапы по переработке, хранению, транспортировке и внесению. Особое внимание проблеме утилизации навоза уделяется в Ленинградской области, находящейся в бассейне Балтийского моря и имеющей наиболее развитое животноводство в Северо-Западном регионе РФ. Важное значение имеют способы внесения органических удобрений, оказывающие существенное влияние не только на экологическую безопасность, но и на эффективность сельскохозяйственного производства в целом.
По данным анкетирования, проведенным ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхо-закадемии в рамках проекта Балтазар (ВАЬТА7АЯ), установлено, что основная доля образующегося в хозяйствах Северо-Западного региона навоза имеет влажность более 85%, то есть является полужидким и жидким [1].
Принимая во внимание, что в Санкт-Петербурге и Ленинградской области имеется порядка 420 тыс. га пашни, обеспеченность которых органическими удобрениями составляет 20% от необходимого количества, в первую очередь навоз должен использоваться для повышения плодородия сельскохозяйственных земель.
На начало 2011 года в Ленинградской области работало 115 предприятий молочного животноводства с поголовьем КРС 163,5 тыс. голов, в том числе фуражных коров 75,5 тыс. Основная их доля (около 52% от общего числа предприятий) имеет свыше 1000 голов поголовья. Такие предприятия работают наиболее эффективно, надой на 1 фуражную корову составляет 6000-8000 кг и выше. В них применяют беспривязное содержание животных, что приводит к
повышенной (90-93%) влажности навоза и увеличению его выхода в 1,5-2 раза. Объем навоза и сточных вод доильных залов составляет 90-135 т в день (32-50 тыс. т в год) и может быть утилизирован в виде жидкого органического удобрения (ЖОУ) на площади около 3000 га [1].
Формирование парка технических средств по работе с органическими удобрениями проходило, когда в основном применялось подстилочное содержание, и он был предназначен для внесения твердых органических удобрений и представлен машинами типа ПРТ и РОУ, которые сейчас преобладают в сельхозпредприятиях. На данный момент в Ленинградской области насчитывается около двухсот единиц ПРТ и РОУ с общей грузоподъемностью 1400 т. В то же время машин для внесения жидких органических удобрений насчитывается всего порядка пятидесяти пяти единиц с общей грузоподъемностью 440 т. В основном они представлены марками МЖТ и РЖТ, которые морально устарели. У 60% машин из всего парка срок эксплуатации превышает 15 лет.
Для того чтобы эффективно внести весь объем получаемого на предприятии навоза необходимо иметь машины, обеспечивающие минимальное негативное воздействие на окружающую среду. Если произвести расчет количества машин для внесения ЖОУ, оборудованных емкостями вместимостью 25 м , учитывая средний радиус перевозки 7-8 км, а также период, в течение которого возможно внесение по применяемым севооборотам, то для рассмотренных выше хозяйств необходимо 3-4 машины такого типа. Для внесения всей массы жидкого навоза в Ленинградской области необходим парк из 150-200 машин, для всего Северо-Западного региона потребуется около 700 машин [2]. В настоящий момент применяют различные способы внесения ЖОУ (рис. 1).
Рис. 1. Способы внесения жидкого органического удобрения [3]
Технологические операции транспортировки внесения жидких органических удобрений осуществляются по прямоточному, перевалочному и комбинированному вариантам (табл. 1).
Таблица 1. Технологии и средства механизации внесения жидких органических
удобрений мобильными агрегатами
Технология Последовательность основных технологических операций Средства механизации
Прямоточная Загрузка или самозагрузка машин; транспортирование к месту внесения; внесение; заделка в почву. Агрегаты для внесения ЖОУ. Погрузчики - насосы для перекачки навоза. Измельчители.
Перегрузочная Загрузка или самозагрузка машин; транспортирование к месту внесения; перегрузка из транспортной машины в технологическую; внесение; заделка в почву. Агрегаты для внесения ЖОУ. Погрузчики - насосы для перекачки навоза. Измельчители.
Перевалочная Загрузка или самозагрузка машин; транспортирование к полевому накопителю или мобильному полевому компенсатору; разгрузка. Загрузка технологической машины; внесение; заделка в почву. Агрегаты для внесения ЖОУ. Погрузчики - насосы для перекачки навоза. Измельчители. Полевой накопитель или мобильный компенсатор.
Комбинированная Выгрузка навоза из хранилища насосными установками; транспортирование на поля по трубопроводам; загрузка технологической машины через загрузочные гидранты; транспортирование; внесение; заделка в почву. Комплект гидромеханического оборудования для транспортирования и внесения ЖОУ, комплекты поливных разборных труб. Технологические машины для внесения.
Для выбора способов и средств механизации сельскохозяйственного производства могут быть применены методы, которых на сегодняшний день большое множество и которые имеют только модельные примеры [4, 5, 6].
Автоматизированную методику формирования машинных технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений представим в виде схемы (рис. 2). Схема представляет собой наглядное пособие пошагового выполнения процессов. Блок «Паспорт предприятия» включает информацию о производственных факторах, ресурсах и технико-технологические характеристики. Блок «Базы данных» содержит нормативно-справочный материал банка знаний и материал базы данных технических средств и оборудования. Блоки «А1»-«А15» содержат алгоритмы формирования, расчета ресурсов, сравнительной характеристики и т.д. на каждом шаге выполнения проектирования вариантов технологий. Блоки «БП»-«БП5» фиксируют результат расчета в виде таблиц с целью доступа для редактирования и принятия окончательного решения. Блоки «О1», «О2», «О3» выводят полученный результат на дисплей в диалоговом режиме для анализа и, в случае необходимости, редактирования. Блок «Т.к.» выводит на печать результат или несколько результатов рациональных вариантов технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений.
Паспорт предприятия
Зона размещения
Севооборот предприятия
Поголовье
Расстояния перевозок удобрения на поля
Промежуточное
хранение Транспо рти ро вка (к месту хранения и внесения) Внесение в почву
Т.к.
БП5
i к
А15
1
БП4
О1
БП
А1
1ППГ
А2
I
БП1
А8 А3
А9 А4
А5
А11 А6
А12 А7
Базы данных
Б1 Зона размещения
Б2 Тип фермы и выход навоза
Б3 Перечень севооборотов
Б4 Перечень технологий
Б5 Перечень операций
Б6 Перечень технических средств
Б7 Перечень сооружений необходимых для функционирования тех. процесса транспортировки и внесения ЖОУ
БП 12 О2
А13
О3
БП3
А14
Рис. 2. Схема автоматизированной системы формирования технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений
При комплектовании технологических линий техническими средствами и оборудованием учитываются предварительно проделанные итерации по определению элементов технологии.
Согласно принципу совмещения и следования технические комплексы и средства, не попадающие под принятые решения, игнорируются. Сформированная база данных по техническим комплексам, средствам и оборудованию представляет широкие возможности для комплектования технологических линий.
Для выполнения операций транспортировки и внесения жидких органических удобрений разработано достаточно большое количество машин, различающихся между собой производительностью, расходом топлива, технологическими показателями и ценой. Для выбора технических средств разработан ряд алгоритмов, которые позволяют выбрать наиболее эффективный комплекс машин для заданных условий.
В качестве примера приведем ских средств для транспортировки и (рис. 3).
алгоритм оценки эффективности техниче-внесения жидких органических удобрений
начало
Объем внесения на поля
б у = ^ 1
0у = ББш
План годового объема внесения жидких органических удобрений
бут =1 Яу
1=1
и
Объем ежедневного внесения
бд=^
№ - к I
Условие рационального
комплекса машин
ЧгП^пг ^ т^П 1
Рис. 3. Алгоритм выбора рационального состава технических средств для транспортировки и внесения жидких органических удобрений.
Организацию работ техники по применению удобрений начинают с плана задания годового количества внесения удобрений ^уг):
буг = Ё бу1 ,
1=1
(1)
где Ру - количество удобрений, необходимых для внесения на каждое
поле.
Количество вносимого ЖОУ на поля рассчитывается из условия:
бу = (2)
где D - доза внесения удобрения, т/га; - площадь удобряемого поля, га.
п
п
Требуемое число машин (n) для транспортировки и внесения жидких органических удобрений определяется по формуле:
буг
n =—, (3)
WMTA 1 j
где WM - производительность машин для транспортировки и внесения, т/ч; ТА - число часов в агротехническом сроке для внесения ЖОУ, ч. Производительность машин равна:
W =:—т^-г' (4)
*з + tmp + Кн + tM 4
где Г - грузоподъемность транспортного средства, т; t3 - продолжительность загрузки одной машины, ч; trp - время транспортировки удобрений (с учетом холостых переездов), ч; tm - время внесения удобрений, ч; tH - время маневрирования (время на повороты, технологические остановки), ч.
Расстояние перевозок учитывается при расчете времени транспортировки
(Ц).
Для непрерывности технологического процесса внесения удобрений необходимо, чтобы суммарная производительность используемых машин для транспортировки и внесения (WH) была не выше производительности насосов для погрузки (Wn).
Количество удобрений, необходимое для ежедневного внесения (Q^, т:
Г) 0уг
бд = . (5)
Число насосов для погрузки определяется из выражения:
бд
nn = WT ■ (6)
W ПТ А
Комплекс машин по внесению будет оптимальным, если соблюдается соотношение производительностей насосов для погрузки и машин для транспортировки и внесения органических удобрений:
-W* (7)
Wn ' У '
где £ - допустимая погрешность отклонения производительностей насосов для погрузки и машин для транспортировки и внесения (£ = 0,01... 0,05).
Основные затраты при транспортировке и внесении органических удобрений приходятся на топливо, поэтому в качестве дополнительного ограничения в задачу выбора средств транспортировки и внесения удобрений введем ограничение на минимальный расход топлива при выполнении заданного объема работ.
qlnlSm ^ min. (8)
где qi - расход топлива i-м транспортным средством на единицу пробега; ni - количество транспортных средств i-го вида; Sni - сменный пробег транспортного средства i-го вида.
Современные автоматизированные системы управления позволяют существенно снизить трудоемкость и из всего многообразия осуществить выбор путем последовательной реализации моделей вариантов и сравнения полученных выходных параметров. Более того, учитывая разнообразие технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений конкретных почвенно-климатических и хозяйственных условий предприятий, применение соответствующих приемов учета всей совокупности взаимосвязей возможно только при использовании современного компьютерного проектирования технологий.
Разработанная автоматизированная система формирования машинных технологий транспортировки и внесения жидких органических удобрений применялась при подготовке технологических регламентов использования навоза в качестве органического удобрения в ряде хозяйств Ленинградской области, в том числе: ЗАО ПХ «Агро-балт», ЗАО ПХ «Краснооозерное», ЗАО ПХ «Первомайское» и др. Применение данной системы позволило снизить риск принятия не рациональных решений, снизить капитальные затраты на 8% и эксплуатационные затраты на 10% при транспортировке и внесении жидких органических удобрений в условиях конкретного предприятия.
Литература:
1. Результаты исследования поверхностного способа внесения жидкого органического удобрения / Д А. Максимов [и др.] // Сб. науч. тр. / ГНУ СЗНИИМЭСХ. 2012. Вып.83. С. 93-99.
2. Васильев Э.В. Анализ технологий внесения навоза КРС в условиях модельного хозяйства Северо-Запада РФ // Сб. науч. тр. / СПбГАУ. 2011. С. 148-150.
3. Васильев Э.В. Анализ способов и технических средств внесения жидкого органического удобрения // Сб. тр. / ГНУ ВНИИМЖ. 2010. Т.21. С. 216-221.
4. Гермейер Ю.Б. Введение в теорию исследования операций. М.: Наука, 1971. 156с.
5. Завалишин Ф.С., Манцев М.Г. Методы исследований по механизации сельскохозяйственного производства. М.: Колос, 1982. 231с.
6. Нагирный Ю.П. Детерминированные модели принятия решений // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2000. №4. С. 10-13.
Васильев Эдуард Вадимович, научный сотрудник
ГНУ Северо-Западный НИИ механизации и электрификации сельского хозяйства Тел. +7 812-4768602 E-mail: [email protected]
The paper presents the scheme of a computer-aided system for designing machine-based technologies for transportation and application of liquid organic fertilizers and the algorithm for choosing relevant optimal equipment components. Keywords: manure disposal, liquid organic fertilizers, application of liquid organic fertilizers.
