CC BY
7УДК 631.363
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЛАЖНОСТИ НА АСПИРАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПЕРГИ
БЫШОВ Дмитрий Николаевич, канд. техн. наук, доцент кафедры эксплуатации машинно-тракторного парка
ГОБЕЛЕВ Сергей Николаевич, канд. техн. наук, доцент кафедры электроснабжения, gobelev@ mail.ru
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева,
Пчеловодство является важнейшей отраслью сельского хозяйства, от развития которой в значительной мере зависит урожайность основных сельскохозяйственных культур. Опыление пчелами сельскохозяйственных растений повышает их урожайность на 30-60%. Известно, что прибыль от увеличения ресурсов земледелия посредством пчел в 10-12 раз превышает прибыль от реализации всех продуктов пчеловодства. Эффективно развивать эту отрасль возможно только при наличии достаточного количества белкового корма в пчелиной семье. Единственными незаменимыми источниками белков, витаминов и липидов для медоносных пчел является пыльцевая обножка и приготавливаемая из нее пчелами перга. Наиболее широкое распространение в настоящее время имеют ручные или частично механизированные технологии, в связи с чем перга, извлекаемая из сота, часто подвергается влиянию химических и физических воздействий, приводящих к нарушению качества получаемого продукта, высокой энергоемкости и трудоемкости технологических процессов. На основании вышеизложенного можно заключить, что разработка и внедрение в производство высокоэффективных энергосберегающих способов извлечения перги из сотов и специальных средств механизации является актуальной проблемой механизации пчеловодства.
Ключевые слова: перга, воскоперговая смесь, перговые гранулы, аспирационный канал
Введение
В современных экономических условиях одной из важнейших задач сельского хозяйства является самостоятельное обеспечение страны основными сельскохозяйственными продуктами. Неотъемлемым условием увеличения объемов производства сельского хозяйства является развитие пчеловодства. На территории нашей страны имеются районы, обедненные растениями-пыльценосами, при этом ряд районов имеет избыток растений-пыль-ценосов. Эффективное развитие пчеловодства возможно только при полноценном питании пчел, в том числе, при наличии большого количества пыльцы.
Объект исследования
Технология извлечения и перераспределения перги является важнейшей сферой механизации пчеловодства. На сегодняшний день существует целый ряд механизированных технологий извлечения перги из пчелиных сотов, основанных на измельчении сотов с целью получения целых перговых коконов. Традиционно в результате измельчения получается воскоперговая смесь, состоящая из восковых частичек, имеющих чешуйчато-образную форму и размеры от 5 до 17 мм2, и гранул перги, представляющих собой форму цилиндра с размерами 5*8 мм [2, 7].
Наибольшие трудности в практическом применении данных технологий возникают в процессе отделения перги из извлеченной воскоперговой массы [3,5,11,14], так как требование ГОСТ пред© Бышов Д.Н.
усматривает, что засоренность получаемого продукта не должна превышать 5%. Из литературных источников известны два практических способа очистки перги от восковых примесей - просеивание через сито и пневмосепарирование. Очевидно, что в первом случае признаком, служащим для разделения смеси на составляющие ее компоненты, является отличие размеров частиц перги от размеров частиц воска, а во втором случае - различие их аэродинамических свойств [3,7,14]. Однако в литературе отсутствуют сведения о численных значениях этих величин, в результате чего невозможно правильно выбрать способ сепарирования и оптимальные параметры процесса. Это позволяет считать вопрос сепарирования массы перговых сотов недостаточно изученным.
Анализ предварительно проведенных исследований показывает, что наиболее эффективным способом отделения перги от восковых частиц, является пневмосепарация [1,3]. При этом получается высококачественное в основе сырье, пригодное для дальнейшей переработки [4,5]. Известно, что фракции перги в измельченной массе перговых сотов имеют выраженный монодисперсный характер [6,7,9]. Монодисперсный характер распределения частиц перги по размерам обуславливается тем, что перга в соте распределена в виде гранул определенного размера (средний диаметр около 5,4 мм, длина 6-8 мм), которые связаны восковой основой сота в монолит. При измельчении происходит разрушение монолита и освобождение пер-,Гобелев С.Н. 2016 г
13-
ги от этой связи. При этом основная часть гранул - более 85%, сохранивших свои первоначальные размеры, переходит во фракцию со средним диаметром частиц 5 мм. Некоторая часть комочков перги (около 15%) из-за недостаточной способности противостоять ударному воздействию со стороны рабочих органов измельчителя разрушается, чем и объясняется наличие частиц перги в мелких фракциях продуктов измельчения перговых сотов [8,10].
В связи с вышесказанным, цель исследования заключается в установлении влияния скорости воздушного потока и влажности перги на процент уноса целых перговых гранул. Для практических целей представляет интерес значение такой скорости витания, при которой потоком уносится 50% всех частиц испытуемой навески продукта. На основании предварительных испытаний был выбран подлежащий изучению диапазон влажности перги, а также диапазон применяемой для пнев-мосепарации перги скорости воздушного потока. Диапазон варьирования величины влажности продукта во время проведения опытов составлял от 10% до 15%, так как перга большой влажности
Априорная информация показывает, что в качестве функции, аппроксимирующей экспериментальные данные по изучению совместного влияния перечисленных выше факторов на критерий оптимизации, достаточно применения полинома вида [5, 6, 9|:
У = Ь0 + У Й£ х XI +
V (1)
+ Е[<1 ^¿у х X Ху + 2 Ьц X
где у - значение отклика (критерий оптимизации); Ь0,Ц,Ьу,Ьи - коэффициенты уравнения регрессии; х^х - независимые переменные (факторы); к - число независимых переменных (к = 3).
Статистической обработке данных предшествует проверка условия однородности (сопоставимости) дисперсий параллельных опытов во всех опытных точках. Условие предполагает примерно одинаковое влияние ошибок и случайных помех по всем точкам плана. Проверка производится по критерию Кохрена, представляющего собой отношение наибольшей из построчных дисперсий к сумме всех дисперсий.
Эксперименты проводились следующим образом. Полученные из Рыбновского и Клепиков-ского районов Рязанской области перговые соты подсушивали в сушилках конвективного типа до
Вестник РГАТУ, № 3 (31), 2016
представляет собой весьма пластичный продукт, обладающий высокими адгезионными свойствами и не имеющий строгих геометрических размеров [13, 15]. Граница минимальной влажности перги составляла 10%. Дальнейшая сушка продукта до более низкой величины влажности представляется экономически нецелесообразной [3, 5].
Скорость воздушного потока варьировалась в диапазоне от 3 м/с до 10 м/с, так как из априорных данных известно, что выход за границы выбранного диапазона не несет практического результата [6, 7]. Принимая во внимание то обстоятельство, что экстремальные значения, установленные в результате проводимого исследования многомерной функции, могут оказаться вне зоны интерполяции и потребуют экстраполярного статистического исследования, для выполнения эксперимента был выбран трехуровневый рототабельный план второго порядка, близкий к Ь-оптимальному. Выбранный план проведения опытов предусматривает получение большего объема статистической информации на границах исследуемого факторного пространства относительно центра плана.
величины влажности, требуемой для эксперимента. После этого продукт охлаждали до температуры 0- +3 °С в течение 2-3 часов. Подготовленные таким образом соты измельчали на измельчителе перговых сотов штифтового типа. Ручным разбором извлекали из воскоперговой массы перговые гранулы. Из гранул формировали навески весом 100 ± 0,01 грамма. Для формирования навесок использовались весы марки ВУЛ-100.
Для каждой величины влажности перги, исследуемой в эксперименте, формировали по три навески.
В качестве парусного классификатора, применяемого для определения процента уноса гранул перги воздушным потоком, была разработана и изготовлена специальная установка, конструкция которой представлена на рисунке 1.
Установка состояла из аспирационного канала 4, соединенного с циклоном 5 и центробежного вентилятора 6. Для изменения скорости воздушного потока внутри аспирационного канала располагалась специальная заслонка. Энергетические параметры процесса пневмосепарации контролировали посредством прибора К-50, измеряющего величину загрузки асинхронного двигателя центробежного вентилятора.
Перед началом эксперимента, в соответствии с планом проведения опытов, приводили в дей-
Таблица 1 - Факторы и уровни их варьирования
Уровень и интервал варьирования Факторы
Влажность перги, % Скорость воздушного потока, м/с
Х1 Х2
Верхний уровень (+) 15 10
Основной уровень (0) 12,5 6,5
Нижний уровень (-) 10 3
Интервал варьирования 2,5 3,5
ствие центробежный вентилятор 6. Скорость воздушного потока на входе в аспирационный канал контролировали посредством термоанемометра марки АТТ-1004 с мощностью ± 0,1 м/с. Величину скорости воздушного потока задавали с помощью заслонки, установленной в аспирационном канале.
то есть условие адекватности выполняется. Полученная математическая зависимость представлена в виде поверхности на рисунке 2.
1 - термоанемометр марки АТТ-1004; 2 - весы марки ВУЛ-100; 3 - прибор К-50; 4 - аспирационный канал;
5 - циклон; 6 - центробежный вентилятор; 7 -емкость для перги; 8 - емкость для гранул перги, не унесённых воздушным потоком.
Рис. 1 - Лабораторная установка, применяемая для определения скорости витания перги
При установившейся скорости потока в специальное отверстие аспирационного канала засыпали подлежащую исследованию навеску перги, после чего гранулы, которые не были унесены воздушным потоком, собирали в специальной ёмкости 8 и взвешивали на весах.
Процент перги, унесенной воздушным потоком, определяли по следующей формуле:
5 = ^
1Г1;
(1)
где 6 - массовый унос продукта, г; т' - вес продукта, унесенного воздушным потоком, г; тт - вес навески подлежащей испытанию, г.
Полученные экспериментальные данные подвергали статистическому анализу. Расчеты параметров регрессии, статистических критериев и оптимизация результатов проводились в программной среде STATISTICA.
В результате статистической обработки экспериментальных данных установлена следующая математическая зависимость, представленная в виде формулы:
б = 53,6667-1,6\Л/-2,611IV- (2)
-2,4591 Е"14\Л/2+0,0667\Л/УнЛ/2
где \Л/ — влажность перги, %, V - скорость воздушного потока, м/с.
Проверка адекватности регрессионной модели по критерию Фишера показала, что:
Рис. 2 - Зависимость процента гранул перги, уносимых воздушным потоком, от влажности продукта ^ % и скорости витания V, м/с.
Выводы
Анализ статистических данных показывает, что все исследуемые факторы оказались значимыми. Данное уравнение описывает исследуемый процесс с достоверностью 97,3%. Анализ характера установленной зависимости (рис. 2) показывает, что наиболее значимое влияние на процент уноса гранул перги оказывает скорость воздушного потока. Так, для перги влажностью 15 % при скорости воздушного потока 3 м/с унос составляет 35%, а для перги влажностью 10% при скорости воздушного потока 9 м/с унос достигает 100 %. Оба фактора значимо влияют на исследуемый процесс, так как с изменением влажности изменяется плотность продукта, следовательно, и аспираци-онные свойства [5,6,8,9,15]. Установленная нами зависимость (3) позволяет проектировать технологическое оборудование, которое может использоваться для извлечения перги из сотов, а также позволяет получать пергу, процент загрязнения которой незначителен.
Список литературы
1. Каширин, Д. Е. Способ и устройство для извлечения перги [Текст] / Д. Е. Каширин // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. - 2010. - № 5. - С.34-36.
2. Каширин, Д. Е. Исследование массы и геометрических параметров перговых сотов [Текст] / Д. Е. Каширин // Вестник КрасГАУ. - 2010. - № 5. - С.152-154.
3. Каширин, Д. Е. Обоснование параметров установки для извлечения перги из сотов [Текст] / Д. Е. Каширин // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2009. - № 11. - С. 26-27.
4. Каширин, Д. Е. Усовершенствование технологического процесса отделения перги от восковых частиц [Текст] / Д. Е. Каширин // Вестник ФГОУ
ф
Вестник РГАТУ, № 3 (31), 2016
ВПО МГАУ имени В. П. Горячкина. - 2009. - № 4 10. Пат. № 2397639 Российская Федерация,
(35). - С.24-26. МПК А01К 59/00. Способ извлечения перги из со-
5. Каширин, Д. Е. К вопросу отделения перги тов [Текст] / Каширин Д. Е.. - № З2009114650/21 ; из измельченной воскоперговой массы[Текст] / Д. заявл. 17.04.2009 ; опубл. 27.08.2010. Бюл. № 24. Е. Каширин // Вестник КрасГАУ - 2010. - № 1. - - 5 с.
С.138-139. 11. Бышов, Н. В. Обоснование параметров из-
6. Бышов, Н. В. Исследование отделения мельчителя перговых сотов [Текст] / Н. В. Бышов, перги от восковых частиц [Текст] / Н. В. Бышов, Д. Е. Каширин // Механизация и электрификация Д. Е. Каширин // Техника в сельском хозяйстве - сельского хозяйства. - 2012. - № 1. - С. 29-30. 2013. - № 1. - С.26-27. 12. Бышов, Н. В. Исследование установки для
7. Разработать, исследовать и внедрить извлечения перги из сотов [Текст] /Н. В. Бышов, технологию извлечения перги из перговых сотов Д. Е. Каширин// Механизация и электрификация [Текст] : отчет о НИР ; тема № 7; подраздел 7.4.1 / сельского хозяйства. - 2012. - № 2. - С. 31-32.
В. Ф. Некрашевич, В. И. Бронников, А. А. Григорян. 13. Бышов, Н. В. Исследование гигроскопи-
- Рязань, - 1989. - 62с. ческих свойств перги [Текст] / Н. В. Бышов, Д. Е.
8. Пат. 2297763 Российская Федерация, Каширин, М. Н. Харитонова // Вестник КрасГАУ -МПК A01K59/00. Способ извлечения перги из со- 2013. - № 2. - С.122-124.
тов [Текст] / Каширин Д. Е. ; заявитель и патен- 14. Бышов, Н. В. Исследование отделения
тообладатель Рязанская гос. с.-х. академия. - № перги от восковых частиц [Текст] / Н. В. Бышов,
2005137872/12 ; заявл. 05.12.05 ; опубл. 27.04.07, Д. Е. Каширин // Техника в сельском хозяйстве. -
Бюл. № 12. - 4 с. : ил. 2013. - № 1. - С.26-27.
9. Каширин, Д. Е. Обоснование параметров 15. Исследование адгезионных свойств перги установки для извлечения перги из сотов [Текст] / содержащийся в перговых сотах [Текст] / Д. Н. Бы-Д. Е. Каширин // Механизация и электрификация шов, Д. Е. Каширин, А.В. Куприянов, В.В. Павлов // сельского хозяйства. - 2009. - № 11. - С. 26-27. Вестник КрасГАУ. - 2015. - № 7. - С. 174-178.
STUDY OF INFLUENCE OF HUMIDITY ON THE PROPERTIES ASPIRATION BEE-BREAD
Byshov Dmitry N., Associate Professor, candidate of technical sciences, Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev
Gobelev Sergey N., Associate Professor, candidate of technical sciences, Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev, gobelev@mail.ru
Beekeeping is an important branch of agriculture, the development of which depends largely on the yield of major crops. Pollination by bees of agricultural crops increases their productivity by 30 ... 60%. It is known that the profit from the increase in resources of agriculture by bees in 10... 12 times the profit from the sale of bee products. Effectively develop this industry is possible only if there is enough protein to feed bee colony. The only indispensable source of protein, vitamins and lipids for honey bees is pollen and prepared from it by bees pollen.
The most widely used at present are manual or partially mechanized technologies, and therefore the pollen extracted from the cell, often affected by chemical and physical influences, leading to disruption of the quality of the product, high power consumption and complexity of technological processes.
Based on the above it can be concluded that the development and introduction of highly energy-efficient ways to extract the pollen from the comb and special mechanization is an actual problem of mechanization of beekeeping.
Key words: pollen, wax mixture, bee-bread pellets, aspiration channel.
Literatura
1. Kashirin D.E. Sposob i ustrojstvo dlja izvlechenija pergi / D.E. Kashirin // Vestnik Saratovskogo gosagrouniversiteta im. N.I. Vavilova. - 2010. - №5. - S.34-36.
2. Kashirin D.E. Issledovanie massy i geometricheskih parametrov pergovyh sotov / D.E. Kashirin // Vestnik KrasGAU. - 2010. - №5. - S.152-154.
3. Kashirin D.E. Obosnovanie parametrov ustanovki dlja izvlechenija pergi iz sotov /D.E. Kashirin // Mehanizacija i jelektrifikacija sel'skogo hozjajstva. - 2009. - № 11. - S. 26-27.
4. Kashirin D.E. Usovershenstvovanie tehnologicheskogo processa otdelenija pergi ot voskovyh chastic / D.E. Kashirin //Vestnik FGOU VPO MGAU imeni V.P. Gorjachkina. - 2009. - №4 (35). - S.24-26.
5. Kashirin D.E. K voprosu otdelenija pergi iz izmel'chennoj voskopergovoj massy / D.E. Kashirin // Vestnik KrasGAU. - 2010. - №1. - S.138-139.
6. Byshov N.V. Issledovanie otdelenija pergi ot voskovyh chastic /N.V. Byshov, D.E. Kashirin// Tehnika v sel'skom hozjajstve - 2013. - №1. - S.26-27.
7. Nekrashevich V.F. Razrabotat', issledovat' i vnedrit' tehnologiju izvlechenija pergi iz pergovyh sotov / V.F. Nekrashevich, V.I. Bronnikov, A.A. Grigorjan. - Otchet o nauchno-issledovatel'skoj rabote po teme №7: podrazdel 7.4.1. Rjazan', - 1989. - 62s.
8. Pat. № 2297763 RF. MPK A01K 59/00. Sposob izvlechenija pergi iz sotov / D.E. Kashirin. - Zajavl. 05.12.2005; opubl. 27.04.2007, bjul. № 12. - 4s.
9. Kashirin D.E. Obosnovan/e parametrov ustanovk/ dja izvlechenija ред /к sotov / D.E. Kashirin // Mehanizacija / jelektr/fikac/ja sel'skogo hozjajstva. - 2009. - № 11. - S. 26-27.
10. Ра1 № 2397639 RF. МРК А01К 59/00. Sposob к^е^еща ред /к sotov/D.E. ^Ыг/П. - Zajavl. 17.04.2009; ориЫ. 27.08.2010, Ь]и1 № 24. - 5s.
11. Byshov N.V. Obosnovan/e parametrov ктеГ^Ща pergovyh sotov ММ. Byshov, D.E. Kash/r/n// Mehan/zac/ja / jelektr/fikac/ja sel'skogo hozjajstva. - 2012. - №1. - S. 29-30.
12. Byshov ММ. Issledovan/e ustanovk/ dja /zvlechen/ja ред /к sotov ММ. Byshov, D.E. Kash/r/n// Mehan/zac/ja / jelektr/fikac/ja sel'skogo hozjajstva. - 2012. - №2. - S. 31-32.
13. ByshovММ. Issledovan/eg/groskop/chesk/hsvojstvредММ. Byshov, D.E. Kash/r/n, ММ. Har/tonova// Vestn/k KrasGAU - 2013. - №2. - S.122-124.
14. Byshov ММ. Issledovan/e otdelen/ja ред ot voskovyh chast/c ММ. Byshov, D.E. Kash/r/n// Tehn/ka V sel'skom hozjajstve - 2013. - №1. - S.26-27.
15. Byshov D.N. Issledovan/e adgez/onnyh svojstv ред soderzhashh/jsja V pergovyh sotah / D. N. ВузЬоч, О. Е. КазЫгю, А. V. Kupr¡janov, V. V. Ра\/!о\/// \Zestnik КгаввАи. - 2015. - № 7. - Б. 174-178.
УДК 001.8:[(631/3-18)(631.333:635.21)]
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ПАРАМЕРТОВ ТУКОНАПРАВИТЕЛЯ ДЛЯ ВНЕСЕНИЯ ТВЁРДЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ МАШИНЫ С ФРЕЗЕРНЫМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ
БЫШОВ Николай Владимирович, д-р техн. наук, профессор кафедры ЭМТП МАКАРОВ Валентин Алексеевич, д-р техн. наук, профессор, гл. научн. сотрудник ВНИМС, г. Рязань, va_ makarov@rambler.ru тел. 8- 910-902-9611
СБРОДОВ Олег Юрьевич, канд. техн. наук, руководитель представительства ОА «Байер», г. Рязань
Гипотеза неоднородности распределения удобрений при поверхностном и внутрипочвенном ленточном внесении твёрдых минеральных удобрений описывается случайными процессами. Интерес представляет определение количества удобрений в рядке, приходящихся на единицу длины при окучивании посадок картофеля машинами с активными рабочими органами (фрезерными культиваторами). Гипотеза однородности и независимости позволит описать количество (объем, массу) гранул, попавших в заданную область грядки и может быть описана нормальным законом распределения по теории Муавра-Лапласа. При организации измерения количества удобрений, приходящихся на единицу длины грядки, необходимо оценить точность статистических оценок в зависимости от "длины эксперимента", т.е. длины участка, с которого берется проба почвы, содержащей удобрения. Установлено, что длина экспериментального участка должна быть максимально возможной при временных ограничениях. Решение поставленной задачи предполагается решать поэтапно: статистическое оценивание параметров; аппроксимация зависимости полученных оценок; решение задачи оптимизации: нахождение значений, доставляющих максимум выбранному функционалу качества с применением классических методов оценивания неизвестных параметров распределения, таких как метод максимального правдоподобия, решение приводит к системе из шести линейных уравнений с шестью неизвестными. Из соображений удобства представления данных целесообразно расположить точки в виде прямоугольной сетки, выбрав начало отсчета в ее центре. Размеры прямоугольника должны обеспечивать перекрытие диапазона возможной вариации значений параметров. Установлено, что результаты оптимизации значений конструктивных параметров существенно зависят от выбора критерия. Анализ данных и сложившейся практики решения подобных задач позволяет сформулировать ряд подходящих для решаемой задачи критериев.
Ключевые слова: технические средства, удобрения, распределение, модели, уравнения, математическое ожидание.
Введение естественно, сказывается на однородности уро-
Вопросам внесения твёрдых минеральных жая по площади поля.
удобрений под картофель посвящено достаточно Вместе с тем нет ещё достаточного обосно-
большое количество научных работ. Многочислен- вания влияния неравномерности расположения
ными научными исследованиями установлено, что удобрений относительно клубней и корневой си-
при поверхностном внесении твёрдых минераль- стемы растений при работе машин с активными
ных удобрений машинами с бросковыми рабочи- фрезерными рабочими органами рабочими. В
ми органами неравномерность их распределения этой статье делается попытка теоретически обо-
по поверхности поля достигает 25% и выше, что, сновать процессы и систематизировать знания
© Бышов Н.В.,Макаров В.А.,Сбродов О.Ю. 2016 г.
