CC BY
27
УДК 631.563
Модель функционирования технологического процесса послеуборочной обработки семенного
зерна
Кузнецов Николай Николаевич, кандидат технических наук, доцент, декан инженерного факультета.
e-mail:027781@mail.ru
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Вершинин Виктор Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры технические системы в агробизнесе
e-mail:viknikver@mail.ru
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина»
Аннотация. Большое число технологических операций и технических средств, сложный характер связи между отдельными операциями вызывают необходимость рассмотрения послеуборочной обработки зерна как большой или сложной системы. В статье представлена модель функционирования технологического процесса послеуборочной обработки семенного зерна применимая для анализа факторов, определяющих протекание технологического процесса, научного обоснования путей и способов энергосбережения при послеуборочной обработке семян зерновых культур.
Ключевые слова: зерно, влажность, сушка, модель, семена.
Большое число технологических операций и технических средств, сложный характер связи между отдельными операциями вызывают необходимость рассмотрения послеуборочной обработки зерна как большой или сложной системы.
Отличительными признаками большой системы являются: сложный характер функций, выполняемых системой (очистка, сушка, временное хранение, сортирование зерна); наличие управления; необходимость учета взаимодействия с окру-
V/ V/ V/ и I |—|
жающей средой и воздействия случайных факторов. Доказательством сложности функций, выполняемых системой, может служить наличие механических, тепловых
« и V/ V/ ^
и химических воздействий на живой биологический объект - зерно.
Для учета разнообразных взаимосвязей задачи послеуборочной обработки зерна В.П. Елизаров предлагает разделить на уровни в зависимости от объекта исследований [1].
Ряд задач относятся ко всей отрасли послеуборочной обработки и хранения зерна - это выбор номенклатуры предприятий послеуборочной обработки зерна, оптимальное их размещение в экономической зоне, определение объемов обработки зерна по различным технологиям. Эти задачи составляют первый уровень -отрасль. Исходными данными являются обобщенные характеристики предприятий различных типов (семяобрабатывающие, продовольственно-фуражного зерна), объемы обработки [2].
Задачи изучения взаимодействия отдельных элементов предприятий и оптимизации структуры каждого из их типов составляет второй уровень - предприятие. Элементами являются технологические операции.
Задачи изучения отдельных технологических операций составляют третий уровень - элемент предприятия или технологической линии.
В настоящее время в Вологодской области послеуборочная обработка зерна производится непосредственно в самих хозяйствах. Производимое в регионе зерно используется, главным образом, на фуражные и семенные цели [3]. Поэтому задачами первого уровня для каждого сельхозпредприятия являются определение объемов обработки зерна необходимого количества и оптимальное размещение пунктов и комплексов на территории хозяйства с учетом агротехнических сроков уборки урожая и расстояний (радиуса) перевозки зернового вороха от комбайнов на ЗОСП.
С точки зрения энергосбережения наибольший интерес и актуальность представляет совершенствование технологии и технологических средств послеуборочной обработки зерна, т.е. решение задач второго и третьего уровней [4-10].
Технологическая линия послеуборочной обработки семенного зерна, как наиболее сложная система, может быть представлена в виде многоэтапной техниче-
V/ V/ / и \
ской и динамической системы, состоящей из отдельных элементов (операций) преобразования и транспортировки потока семян.
Для анализа факторов, определяющих протекание технологического процесса, научного обоснования путей и способов энергосбережения при послеуборочной обработке семян зерновых культур технологию обработки представим в виде модели функционирования, состоящей из частных моделей - технологических операций (рисунок).
Рисунок. Модель функционирования технологического процесса послеуборочной обработки семенного зерна
С"
В качестве входных воздействий приняты подача (поступление) зв , влаж-
ш" в" в"
ность зв, засоренность ' з и температура 3 зернового вороха. Выходными параметрами по технологическим операциям являются количество обработанного
зерна (производительность) О, его влажность ш, засоренность в , температура в1 , отходы р и затраты энергии N^ .
В целом для всей технологической линии выходными параметрами являют-
ся переменные на выходе последней операции: производительность ство семян Кк, (влажность Шк , засоренность
Ок , каче-
Зк , температура вк, всхожесть в
Э,
и энергия прорастания Э«р) и суммарные энергозатраты ^^. При этом произво-
О с
дительность технологической линии ^к является суммой количества семян с и
фуражной фракции Сф , поступающих на хранение в единицу времени (час, сутки, агротехнический срок).
Под оптимизацией будем понимать поиск таких параметров объекта оптимиза-
ции, которые в конкретных условиях обеспечивают получение наилучших показателей работы технологических линий и их операций. Отсюда в задаче оптимизации участвуют три группы параметров: количественная характеристика результатов работы объекта - критерий эффективности I, характеристика условий работы -совокупность заданных параметров х (входные воздействия), не зависящих от рассматриваемого объекта, параметры Y, обеспечивающие наилучшие результаты работы объекта - параметры оптимизации. В связи с различием функций каждого элемента технологической линии послеуборочной обработки зерна параметры Y являются частными для каждой технологической операции, что приводит к необходимости оптимизации технологии послеуборочной обработки зерна по каждой отдельной операции.
Значение критерия эффективности зависит от условий работы объекта и его параметров:
1 = 9(Х. У). (1)
Для конкретных условий работы необходимо определить такие значения параметров Yопт, чтобы величина критерия эффективности была максимальной (или минимальной) исходя из его физического смысла:
max = Ф(Х.У опт)
min . (2)
Следовательно, каждому сочетанию внешних условий должны соответствовать оптимальные значения параметров Y :
Уопт = Ф(Х) . (3)
Критерием эффективности должна быть оценка как качественных и количественных результатов технологического процесса, так и затрат на их достижение. Прежде всего, критерий эффективности должен быть измеряемой величиной. При невозможности количественной оценки теряет смысл оптимизация процесса.
Критерий эффективности должен иметь технологические или экономические составляющие.
В качестве критерия оптимизации послеуборочной обработки зерна может быть принят любой из выходных параметров технологической линии или обобщающий - минимум удельных приведённых затрат на обработку (руб/т семян).
Рассматривая технологию послеуборочной обработки с точки зрения энергосбережения в качестве критерия оптимизации технологического процесса примем минимум удельных энергозатрат по каждой операции и линии в целом (мДж/т семян). При этом удельные энергозатраты по каждой операции и линии в целом могут быть определены делением часового расхода (затрат) энергии по элементам (машинам и оборудованию) и суммарного расхода по всей линии на часовую производительность отдельных элементов и линии в целом.
Удельные затраты при работе отдельного предприятия (пункта или комплекса
послеуборочной обработки зерна) N могут быть определены как функция множества удельных энергозатрат Nn на работу каждого n-элемента предприятия
m z
и зависят от набора элементов (структуры пункта) i, способа их соединения i, условий работы предприятия X™ , хвьш и его элементов X
вхп
N=v(Nu,Ni2, ... Nin,... N,m) , (4)
где N in =Vin ( mi'Zi'X exi' X вьш вхп выхп ) .
Аналогично удельные энергозатраты при работе каждого элемента зависят от
ты
2
V V К
условий его работы ™ , , конструктивных параметров п, типа машины и
режимов работы
= фп ( Хвхп ,Х выхп 'Кп'2п) . (5)
Как видно, удельные энергозатраты и увязаны между собой.
При оптимизации каждого отдельного элемента предприятия необходимо най-
констр
N _ N
щие получить п пшт , т.к. выражение (5) сводится к
ти наилучшие конструктивные параметры Кпопт и режимы работы , позволяю-
N =т( X X )
пшт ^ V вх! ' вых! '
вх1' вых! ! , (6)
К _> к
при п попт ,
2 _ 2
п попт .
Минимальные значения удельных энергозатрат ^пшт служат основой для расчетов каждого предприятия. По результатам расчетов необходимы оптимальные
Ш!опт сп
х„ х„
наборы элементов ш^пт , способы их соединения 2юпт и наилучшие условия работы
каждого элемента
N =ф( X X )
уд!т!п ^ \ вх! ' вых! '
при
Ш, _ Ш!опт '
2. _ 2. ,
г !опт'
X _ X
вхп вхпот
X„„„,„_ X.
выхпотп
Таким образом, минимальные удельные энергозатраты на послеуборочную обработку зерна могут быть достигнуты при одновременном поиске оптимальных типоразмеров, элементов и структуры предприятия и режимов работы элементов.
С целью поиска и научного обоснования путей и способов снижения удельных энергозатрат при послеуборочной обработке зерна во взаимосвязи с сохранением и улучшением его качественных показателей в дальнейшем необходимо рассматривать модели функционирования отдельных технологических операций.
Список литературных источников:
1. Елизаров, В.П. Предприятие послеуборочной обработки и хранения зерна / В.П. Елизаров. - М.: Колос, 1977. - 215 с.
2. Использование прикладной компьютерной программы для анализа эффективности внедрения новой техники и планирования полевых работ в сельскохозяйственных предприятиях / Д.В. Шемняков, В.Н. Вершинин, Ю.Н. Грушин и др. // Аграрная наука - сельскохозяйственному производству: сборник трудов ВГМХА по результатам работы научно-практической конференции, посвященной 97-летию академии. - Вологда ; Молочное: ВГМХА, 2018. - С. 140-142.
3. Могильницкий, В.М. Основные направления совершенствования технологии послеуборочной обработки семян зерновых культур / В.М. Могильницкий // Научные проблемы технического обеспечения аграрно-промышленного комплекса Нечерноземной зоны РСФСР: материалы научно-практической конференции. - СПб.: (без ред.), 1991.- С. 68-71.
4. Грушин, Ю.Н. Механизация послеуборочной обработки зерна и семян: учебное пособие / Ю.Н. Грушин, В.Н. Вершинин, Д.А. Пустынный. - Вологда ; Молочное : ИЦ ВГМХА, 2014. - 254 с.
5. Основы управления технологиями низкотемпературной сушки растительной стебельчатой массы: монография / В.Д. Попов, М.Ш. Ахмедов, А.И. Сухопаров, Н.Н. Кузнецов, А.В. Зыков. - Санкт-Петербург: ИАЭП, 2017. - 142 с.
6. Вершинин, В.Н. Моделирование в технических системах: учебно-методическое пособие / В.Н. Вершинин. - Вологда ; Молочное : ИЦ ВГМХА, 2013. - 152 с.
7. Кузнецов, Н.Н. Математическое моделирование полевого провяливания травы / Н.Н. Кузнецов // Наука и инновационные процессы в АПК: сборник трудов ВГМХА по результатам работы научно-практической конференции, посвященной 100-летию академии. - Вологда ; Молочное: ВГМХА, 2011. - С. 132-135.
8. Кузнецов, Н.Н. Информационная модель организации заготовки рулонного сена / Н.Н. Кузнецов, А.В. Терентьев // Научное обеспечение - сельскохозяйственному производству: сборник трудов ВГМХА по результатам работы международной научно-практической конференции, посвященной 99-летию академии. - Вологда ; Молочное: ВГМХА, 2010. - С. 99-103.
9. Шушков, Р.А. Имитационное моделирование досушивания рулонов льнотресты / Р.А. Шушков, Н.Н. Кузнецов, В.Н. Вершинин // Техника в сельском хозяйстве. - 2014. - № 4. - С. 29-30.
10. Вершинин, В.Н. Математическое моделирование в расчетах на ЭВМ: учебно-методическое пособие / В.Н. Вершинин. - Вологда ; Молочное : Вологодская ГМХА, 2016. - 142 с.
References:
1. Elizarov V. P. Predprijatie posleuborochnoj obrabotki i hranenija zerna [The enterprise of post-harvest grain processing and storage]. Moscow, Kolos Publ., 1977. 215 p.
2. Mogil'nitsky V. M. The main directions of technology improvement in post-harvest seed grains processing. Material ynauchno-prakticheskoj konferencii "Nauchnye problem tehnicheskogo obespechenija agrarno-promyshlennogo kompleksa Nechernozemnoj zony RSFSR" [Proc. of the scientific conf. " Scientific problems of technical support at agrarian-industrial complex in non-Chernozem zone of Russia"]. Saint-Petersburg, 1991, pp. 68-71 (in Russian).
3. Shemnyakov D. V., Semakov D. V., Vershinin V. N., Grushin Yu. N. The use of computer support for the analysis of new techniques and planning at field work in agriculture. Trudy VGMHA porezul'tatam raboty nauchno-praktiches kojkonferencii, posvjashhennoj 97-letijuakademii "Agrarnajanauka-sel'skohozjajstvennomu proizvodstvu" [Proc. of the scientific-practical conf. "Agrarian science - to agricultural production"]. Vologda, Molochnoe, VGMHA Publ., 2018, pp.140-142 (in Russian).
4. Grushin Yu. N., Vershinin D. A. Mehanizacija posle uborochnoj obrabotki zerna i semjan. [Mechanization of post-harvest grains and seeds handling]. Vologda, Molochnoe, VSDFA Publ., 2014. 254 p.
5. Popov V. D., Akhmedov M. Sh., Sukhoparov A. I., Kuznetsov, N. N. Zykov. A.V. Osnovy upravlenija tehnologijami nizkotemperaturnoj sushki rastitel'noj stebel'chatoj massy [Technology basics at low-temperature drying of plant stalk mass: monograph]. Saint Petersburg, IAEP Publ., 2017. 142 p.
6. Vershinin V. N. Modelirovanie v tehnicheskih sistemah [Simulation of technical
systems]. Vologda, Molochnoe, VSDFA Publ., 2013. 152 p.
7. Kuznetsov N. N. Mathematical modeling of field herbs drying. Trudy nauchno-prakticheskoj konferenzii "Nauka I innovacionnye process v APK" [Proc. of the conf. Science and innovation processes in agriculture]. Vologda, Molochnoe, VSDFA Publ., 2011, pp. 132-135 (in Russian).
8. Kuznetsov N. N. Terentyev A. V. Information model of rolled haymaking. Trudy po rezul'tatam raboty mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferenzii "Nauchnoe obespechenie-sel'skohozjajstvennomu proizvodstvu" [Proc. of the conf. "Scientific support - agricultural productio"]. Vologda, Molochnoe, VSDFA Publ., 2010, pp. 99-103 (in Russian).
9. Shushkov R. A., Kuznetsov N. N., Vershinin V. N. Simulation of final flax rolls drying. Tehnika v sel'skom hozjajstve [Technique in agriculture], 2014, no. 4, pp. 29-30 (in Russian).
10. Vershinin V. N. Matematicheskoe modelirovanie vraschetah na JeVM [Mathematical modeling in the computer calculations]. Vologda, Molochnoe, VSDFA Publ., 2016. 142 p.
The technological process model of post-harvest grain
processing
Kuznetsov Nikolay Nikolaevich, Candidate of Science (Technics), Associate Professor, Dean of the Engineering Faculty
e-mail: 027781@mail.ru
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education the Vereshchagin State Dairy Farming Academy of Vologda
Vershinin Viktor Nikolaevich, Candidate of Science (Technics), Associate Professor of the Technical Systems at Agrobusiness Chair
e-mail: viknikver@mail.ru
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education the Vereshchagin State Dairy Farming Academy of Vologda
Abstract: A large number of technological operations and technical means, the complex nature of relationships between individual operations make it necessary to consider post-harvest grain processing as a large or complex system. In the article the technological process model of post-harvest seed grain processing that is applicable for the analysis of the factors determining a technological process, scientific justification of ways and methods that save energy at post-harvest seed grain processing is presented.
Keywords: grain, moisture, drying, model, seed grains.
