CC BY
2
Научная статья
УДК 635.21
doi: 10.37670/2073-0853-2022-97-5-143-150
Обоснование параметров СВЧ-конвективной сушилки сырья для фермерских хозяйств
Галина Владимировна Новикова1, Александр Анатольевич Тихонов2,
Наталья Геннадьевна Горячева3, Марьяна Валентиновна Просвирякова4,
Ольга Валентиновна Михайлова1
1 Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино, Нижегородская область, Россия
2 Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия, Нижний Новгород, Россия
3 Академия гражданской защиты МЧС России, Химки, Московская область, Россия
4 Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева, Москва, Россия
Аннотация. Целью работы является разработка установки с поярусно расположенными тороидальными резонаторами для поэтапной сушки сырья путём комплексного воздействия конвективного и диэлектрического нагрева, позволяющего из-за избирательного воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты повысить равномерность сушки. Разработано конструкционное исполнение сушилки; обоснованы основные технологические параметры; проведена технико-экономическая оценка применения сушилки. Благодаря особой конструкции поярусно расположенных тороидальных резонаторов реализуется трёхэтапный режим сушки сырья. Для каждого этапа обоснован эффективный режим сушки. Установлены параметры эффективного режима сушки свежеубранного хмеля при общей мощности генераторов 7,2 кВт: производительность - 100 кг/ч, удельные энергетические затраты - 72 Вт-ч/кг Сушку хмеля в первом ярусе следует начинать при температуре 40 -45 °С, а в третьем ярусе заканчивать при температуре 60 - 65 °С. Высушенный хмель до 10 - 12 % проходит процесс отлёжки.
Ключевые слова: тороидальный резонатор, сушка, керамическая труба, диэлектрический шнек, конвективный и диэлектрический нагрев.
Для цитирования: Обоснование параметров СВЧ-конвективной сушилки сырья для фермерских хозяйств / Г.В. Новикова, А.А. Тихонов, Н.Г. Горячева и др. //Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 5 (97). С. 143 - 150. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2022-97-5-143-150.
Original article
Substantiation of the parameters of the microwave convective dryer of raw materials for farms
Galina V. Novikova1, Alexander A. Tikhonov2, Natalia G. Goryacheva3,
Mariana V. Prosviryakova3, Olga V. Mikhailova1
1 Nizhny Novgorod Епдтееппд-есопотю State University, Knyaginino, Nizhny Novgorod region, Russia
2 Nizhny Novgorod State Agricultural Academy, Nizhny Novgorod, Russia
3 Academy of Civil Protection of the Ministry of Emergency Situations of Russia, Khimki, Moscow region, Russia
4 Russian State Agrarian University - Moscow Timiryazev Agricultural Academy, Moscow, Russia
Abstract. The aim of the work is to develop an installation with tiered toroidal resonators for stage-by-stage drying of raw materials through the combined effect of convective and dielectric heating, which makes it possible to increase the uniformity of drying due to the selective effect of an electromagnetic field of microwave frequency. The design of the dryer has been developed; substantiated the main technological parameters; a technical and economic assessment of the use of the dryer was carried out. Thanks to the special design of the tiered toroidal resonators, a three-stage mode of drying the raw material is realized. An effective drying mode is substantiated for each stage. The parameters of the effective mode of drying freshly harvested hops were established with a total generator power of 7.2 kW: productivity - 100 kg/h, specific energy costs - 72 Wh/kg. Drying of hops in the first tier should begin at a temperature of 40-45 °C, and in the third tier, finish at a temperature of 6065 °C. Dried hops up to 10-12 % go through the resting process.
Keywords: toroidal resonator, drying, ceramic tube, dielectric auger, convective and dielectric heating.
For citation: Substantiation of the parameters of the microwave convective dryer of raw materials for farms / G.V. Novikova, A.A. Tikhonov, N.G. Goryacheva et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2022; 97(5): 143-150. (In Russ.). https://doi.org/10.37670/2073-0853-2022-97-5-143-150.
Проектирование установок для сушки разного вида сырья, например, для измельчённого и мелкокускового мясного сырья, свежеубранного хмеля и других сыпучих материалов с сохранением качества конечного продукта, позволяю-
щих снизить эксплуатационные затраты, всегда остаётся актуальным. Сушат сырьё разными способами [1]. При выборе рационального способа сушки сырья важными факторами являются: его электрофизические параметры, продолжи-
тельность процесса, энергетические затраты и потребительские характеристики высушенного продукта. Для сушки мелкокускового и сыпучего сырья применяют туннельные установки непрерывного действия. Особенностью расчёта таких установок является методика определения габаритных размеров рабочей камеры при сушке сырья в плотном слое потоком нагретого воздуха.
Известны СВЧ-конвективные хмелесушилки непрерывно-поточного действия с магнетронами воздушного охлаждения [2 - 5]. Во всех конструкционных исполнениях для транспортировки сырья через рабочую камеру используются электроприводы с достаточно большой мощностью. Для снижения энергетических затрат предлагается транспортировать сырьё через объёмные резонаторы за счёт ската, по поверхности наклонённого перфорированного винта шнека, управляя расходом и температурой продуваемого воздуха.
Разработаны несколько хмелесушилок с источниками диэлектрического и конвективного нагрева (рис. 1):
1) сушилка с последовательно состыкованными металлодиэлектрическими резонаторами
Рис. 1 - СВЧ-сушилки непрерывно-поточного
действия с разными конструкционными исполнениями резонаторов
с вогнутыми поверхностями и двояковыпуклыми керамическими дисками. Вдоль сушильной камеры проложена рабочая ветвь сетчатого радиопрозрачного транспортёра. С нижней стороны сушильной камеры пристыкован запредельный волновод-воздуховод с тепловой пушкой (рис. 1 А);
2) сушилка с полусферическими перфорированными резонаторами в виде тюбинга (рис. 1 Б);
3) сушилка с тороидальными и астроидаль-ными резонаторами с энергоподводом в электромагнитном поле. Через конденсаторный зазор резонаторов, усечённые астроиды и керамические перфорированные двояковыпуклые диски проложена рабочая ветвь диэлектрического сеточного транспортёра (рис. 1 В);
4) сушилка с поярусно расположенными неферромагнитными резонаторами в виде усечённых конусов с экспоненциальными образующими и вогнутыми керамическими зеркалами (рис. 1 Г).
Цель исследования - разработка установки с поярусно расположенными тороидальными резонаторами для поэтапной сушки сырья агропредприятий в непрерывном режиме путём комплексного воздействия конвективного и диэлектрического нагрева, позволяющего из-за избирательного воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты повысить равномерность сушки при сниженных эксплуатационных затратах. Они достигаются путём исключения электропривода транспортирующего механизма и экранирующего корпуса.
Задачи исследования: разработка конструкционного исполнения сушилки; обоснование основных технологических параметров; технико-экономическая оценка применения сушилки в фермерских хозяйствах.
Инновационная идея исследования заключается в том, что благодаря особой конструкции поярусно расположенных тороидальных резонаторов, выполненных как четырёхгранные призмы в призме, через которые проходит керамическая труба с диэлектрическим шнеком для перемещения сырья самотёком при продувании тёплым воздухом, реализовывается трёхэтапный режим сушки сырья. Для каждого этапа обоснован эффективный режим сушки: доза воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ), скорость нагрева сырья, продолжительность сушки, расход и температура воздуха.
Материал и методы. Установка предназначена для поэтапной сушки сыпучей сельскохозяйственной продукции (например, свежеубранного хмеля, мелкокускового мясного сырья и др.) в щадящем режиме для сохранения качества конечного продукта. В качестве рабочих камер выбраны тороидальные резонаторы, позволяющие создать непрерывный режим работы сушилки (с обеспечением электромагнитной безопасности) и
высокую напряжённость электрического поля в ёмкостном зазоре для стерилизации продукта и исключить из конструкции экранирующий корпус. Методология создания СВЧ-конвективной сушилки с магнетронами воздушного охлаждения предусматривает оптимизацию конструкционного исполнения резонаторов через их электродинамические параметры (собственную добротность, мощность потока излучений, напряжённость электрического поля) и с учётом физико-химических и биохимических показателей продукции. Параметры тороидального резонатора прямоугольного сечения исследованы в программе CST Microwave Studio. При моделировании сушилки воспользовались программой Simulink.
Результаты и обсуждение. Проектирование сушильной установки, обладающей высокими технико-экономическими показателями, базируется на основных законах технологических процессов. Обосновать механизм процесса сушки сырья можно, если использовать основные закономерности тепло-, массообмена, позволяющие выбрать эффективный режим сушки, зная свойства влажного сырья. При этом необходимо, во-первых, учитывать энергетический баланс установки, т.е. работоспособность энергии - возможность её преобразования и использования для удаления влаги из сырья [6]. Во-вторых, оценить движущую силу процесса: чем больше исходная влажность сырья, тем интенсивнее протекает внешний массообмен в процессе сушки. В-третьих, следует учитывать скорость процессов - кинетику и динамику в условиях переменного режима в резонаторах СВЧ-конвективной установки. Совокупный анализ даёт возможность теоретически определить продолжительность сушки сырья, рассчитать конструкционные размеры резонаторов и определить параметры эффективного режима сушки сырья.
Известна методика расчёта конвективной сушилки, используемая для определения параметров агента для сушки зерна в псевдоожиженном слое [7]. По аналогии для определения параметров агента сушки сырья при комплексном воздействии конвективного и диэлектрического нагрева, по-
зволяющего обеспечить равномерность сушки и сохранить потребительские свойства продукта, разработана блок-схема сушилки (рис. 2). Введены обозначения: Go, G1, G2, Gз - масса сырья, кг; Wo - начальная влажность сырья, %; W^, W2, ^з - конечная влажность продукта на выходе соответствующего резонатора, %; То, Ть Т2, Т3 -температура конвективного воздуха на входе и выходе каждого резонатора, °С; 0О, 01, 02, 03 -температура сырья на входе и выходе каждого резонатора, °С; х0, х1, х2, х3 - влагосодержание поступающего воздуха, кг/кг; /о - энтальпия поступающего в тепловую пушку воздуха, кДж/кг; do, dl, d2, dз, - размер частиц сырья на входе и выходе после каждого резонатора, мм; ро, Р1, Р2, Рз - плотность сырья, кг/м3; Со, Сь С2, С3 - теплоёмкость сырья, кДж/(кг-°С); Т1, Т2, Т3, -продолжительность комплексного воздействия физических факторов в резонаторах, с.
Управляемым выходным параметром считаем конечное влагосодержание продукта. Граничным условием, обеспечивающим качество высушенного продукта, является ограничение на конечную температуру. Управляющими факторами будут расход сушильного агента и его температура, мощность СВЧ-генератора, объём загрузки сырья. Независимыми переменными являются начальные температура и влагосо-держание сырья и конечные температура и влагосодержание сушильного агента. Наиболее предпочтительным является управление процессом сушки в разработанной СВЧ-конвективной установке путём изменения температуры поступающего сушильного агента от тепловой пушки и удельной мощности СВЧ-генератора. При этом трёхэтапный процесс сушки сырья позволяет удалить поверхностную влагу в щадящем режиме за счёт конвективного нагрева, а внутреннюю влагу - эндогенным нагревом.
Расчёт сушильной камеры включает следующие этапы: расчёт количества испарённой влаги; составление баланса влаги и определение расхода воздуха; тепловой расчёт трёхъярусной сушильной камеры.
Конвективный нагрев СВЧ-конвективный нагрев
Входные параметры воздуха Резонаторы Выходные параметры воздуха
Тепловая пушка 1: кь xch То М1, XI1, Т11 первого яруса i'21, X21, Т21
Тепловая пушка 2: кь То i12, х12, Т12 второго яруса i22, X22, Т22
Тепловая пушка 3: кь То М3, X13, Т13 третьего яруса i23, X23, Т23
Входные параметры сырья Выходные параметры сырья
Go, Wo, 0о первого яруса g1, w1, e1, т1
g1, w1, e1 второго яруса G2, W2, e2, T2
G2, W2, e2 третьего яруса g3, w3, e3, т3
Рис. 2 - Блок-схема сушилки с энергоподводом в электромагнитном поле сверхвысокой частоты
145
Наружный воздух с параметрами То, хо, /о нагревается с помощью тепловых пушек и нагнетается в соответствующие резонаторы: в первый (/У, х11, Г11); во второй (г^2, х12, Т12); в третий (/'Д х13, Т13). В процессе сушки параметры воздуха изменяются и достигают значений в каждом резонаторе: в первом (/'21, Х21, Т21); во втором (/22, Х22, Т22); в третьем (/'23, Х23, Т23). С этими параметрами воздух уходит из соответствующих резонаторов. Состояние сырья перед сушкой характеризуется параметрами: в первом резонаторе W0, 90,); во втором резонаторе W1, 01); в третьем резонаторе (G2, W2, 92). Параметры сырья после сушки: в первом резонаторе (G1, W1, 91,); во втором резонаторе (G2, W2, 92); в третьем резонаторе (G3, W3, 93).
При тонком слое сырья, непосредственно контактирующего с сушильным агентом, конвективный нагрев и сушка происходят с максимальной скоростью, обеспечиваются условия равномерного нагрева. Для кинетического расчёта процесса сушки сыпучего сырья в тонком слое с заданной максимальной температурой нагрева имеется эмпирическая формула [6], описывающая интенсивность влагоотдачи (% /мин):
N = (3,906 - 0,103 • Т1 + k) х
Хл/^Р • (G1/ F )-0,55,
где Т1 - температура сушильного агента, поступающего в слой сырья (для сушки хмеля 65 - 70 °С);
k = 0,0114 ■ Т1 - 0,4340 = 0,0114 ■ 70 - 0,4340 =
= 0,364 - коэффициент, являющийся функцией
температуры сушильного агента;
Wl - начальная влажность сырья (70 %);
V ■ р - массовая скорость сушильного агента
(0,34 - 1,3 кг/(м2-с));
Gl - масса слоя сырья, кг;
F - площадь перфорированного витка шне-
ка, м
2
Gl / F - удельная нагрузка сырья на витки шнека (5 кг/м2).
N = (3,906 - 0,103 • 65 + 0,364 • 70) х
х>/1 • (5)
-0,55
= 9,3 % / мин.
Из полученных результатов можно сделать вывод, что предложенное уравнение 1 может быть использовано для технических расчётов. Если на перфорированных витках шнека площадью 2 м2 находится 10 кг сырья, то за 6 мин. можно удалить 55,8 % влаги из сырья, следовательно, производительность установки составит в пределах 100 кг/ч при конечной влажности высушенного сырья 14,2 %.
Базируясь на предварительных расчётах предложена СВЧ-конвективная сушилка сырья. При моделировании сушилки воспользовались программой Simulink [8, 9]. Предлагается сушилка с
тремя рабочими камерами в виде поярусно расположенных тороидальных резонаторов прямоугольного сечения, где через их конденсаторные части проложена керамическая перфорированная труба, позволяющая уменьшить потери на излучение и концентрировать энергию ЭМП СВЧ в объёмах сырья [9].
Известно, что в СВЧ-установках находят применение тороидальные резонаторы прямоугольного сечения, линейные размеры которых в 5 - 6 раз превышают длину волны генератора (12,24 см). В таком резонаторе может быть возбуждено одновременно несколько видов колебаний, т.е. резонатор многомодовый, и при этом интерферированное поле будет неравномерное. Поэтому задача оптимизации состоит в том, чтобы определить такие размеры резонатора, при которых в нём суммарное поле было бы более равномерным по объёму. Это возможно, если размеры резонатора являются соизмеримыми. В связи с этим выбраны тороидальные резонаторы прямоугольного сечения, обеспечивающие к тому же высокую напряжённость электрического поля в ёмкостном зазоре, достаточную для снижения бактериальной обсеменённости сырья (более 1 кВ/см).
СВЧ-конвективная сушилка сырья (рис. 3) с поярусно расположенными тороидальными резонаторами выполнена как соосно расположенные в горизонтальной плоскости призмы 6, 7 прямоугольного сечения. Они разделяют тороидальную часть и конденсаторную часть резонаторов 1. Резонаторы состыкованы между собой гранями наружных призм 6, так, что через эти грани и конденсаторные части резонаторов проложена перфорированная керамическая труба 3. Внутри трубы установлен диэлектрический винтовой шнек 4 с наклонными перфорированными витками. Витки шнека 9, расположенные на уровне стыковки граней наружных призм, и под загрузочной ёмкостью 2, и над приёмной ёмкостью 10, выполнены из неферромагнитного материала, например из пищевого алюминия. Неферромагнитные витки шнека ограничивают излучение без дополнительного экранирующего корпуса. Через внутренние призмы 7 резонаторов к перфорированной керамической трубе подведены диэлектрические воздуховоды 8 от индивидуальной тепловой пушки.
Воздухоотводы одновременно выполняют функцию запредельных волноводов, поэтому они выполнены из неферромагнитного материала. Они 8 расположены на верхних гранях наружных призм 6 со стороны тороидальной части резонаторов. Магнетроны 5 с волноводом расположены на боковых гранях наружных призм 6 так, что излучатели направлены в конденсаторные части резонаторов. Размеры призм согласованы с длиной волны, а конденсаторный зазор кратен половине длины волны.
А
_ ¿Äi Ii
Я
я
шш
Шш ■
я
¡ШЗ
Г
Д
Рис. 3 - СВЧ-конвективная сушилка сырья с поярусно расположенными тороидальными резонаторами:
А - общий вид установки в разрезе; Б - тороидальный резонатор прямоугольного сечения с отверстием для трубы; В - тороидальный резонатор прямоугольного сечения; Г - керамическая труба; Д - винтовой шнек; 1 - тороидальные резонаторы; 2 - загрузочная ёмкость; 3 - керамическая перфорированная труба; 4 - диэлектрический винтовой шнек с перфорированными наклонными витками; 5 - магнетроны с волноводами; 6 - наружная призма; 7 внутренняя призма резонатора; 8 - воздуховоды диэлектрические; 9 - неферромагнитные витки шнека
Б
Технологический процесс происходит следующим образом. Закрыть заслонку в загрузочной ёмкости 2 и загрузить сырьё. Включить тепловые пушки для подачи тёплого воздуха через диэлектрические воздуховоды 8 в перфорированную диэлектрическую трубу 3. Открыть заслонку в загрузочной ёмкости 2 и, как только сырьё окажется между перфорированными витками шнека 4, включить СВЧ-генераторы 5 на определённую мощность.
Доза воздействия ЭМП СВЧ в каждом ярусе регулируется в зависимости от влажности сырья и их электрофизических параметров для обеспечения равномерного нагрева. Сырьё на наклонной поверхности витков шнека 4 под напором тёплого воздуха через перфорацию витков начинает перемещаться и под воздействием ЭМП СВЧ нагревается, пар уносится через воздухоотвод-запредельный волновод 11. Наклон витков согласован с углом ската сырья и напором тёплого воздуха. Электромагнитная безопасность обеспечивается за счёт использования алюминиевых витков, перекрывающих отверстия диаметром диэлектрической трубы на гранях наружных призм 6. Качество высушенного сырья зависит от температуры воздуха, продолжительности и дозы воздействия ЭМП СВЧ, напряжённости электрического поля, при которой происходит уничтожение патогенной микрофлоры. Равномерность нагрева сырья обеспечивается за счёт
того, что шаг витка шнека меньше двух глубин проникновения волны в сырьё (2,5 - 4 см). Известно, что перспективным диэлектриком для металлодиэлектрического высокодобротного резонатора сантиметрового диапазона являются монокристаллический кварц, сапфир и керамика, так как их резонансная частота менее зависима от температуры. Поэтому предложена керамическая перфорированная труба с малым значением тангенса угла диэлектрических потерь (10-3) и обладающая оптической системой формирования падающих и отражённых волн [10].
Результаты исследования электродинамических параметров тороидального резонатора прямоугольного сечения по программе CST Microwave Studio приведены на рисунке 4 [11]. Исследования показывают, что напряжённость электрического поля в ёмкостном зазоре резонатора составляет 3 - 5 кВ/см.
При оптимизации сложных многофакторных технологических процессов, к которым относится сушка сырья, когда не известна аналитическая связь между критерием оптимизации и независимыми технологическими параметрами, наиболее эффективным является метод математического планирования трёхфакторного эксперимента, например план Хартли типа 23 [12].
При этом задача оптимизации процесса сушки сводится к определению значений режимных параметров, при которых реализуется экстремум
Нй|е 1III .»1 т
Н.[п*ндг Хг- I1'- : >1 ■ >
'■Ч' ''"^'Ч .' г;. : . " 1
Мм.р«*м и ем ;::: ил» - он х-:
Н'1к1н 1 I I ши)у
I X' X
■ "х г х ММ X* V-: иютыл! изит 1 -' 1
11.ТИ ' ОХ ЛКЙ
V - ^< .11М7. 5.М». .г*ооо
М(н5г I Г I - I [
1 -----'Г,
; •,: НГ4Л А
Х-'сч-» ¿1к ш
'.'»""иТ, V)>:1 X ^-т'*.
дом с ;-1|
С ТСС. С 2 Л
ШиЛс | И I пттиг
' .'■<>X >
П: - ^
С^ричлХ ОВСО КЯпт Ы1Ык I - X
1ЙС0
И/^гтчт .X I 1-Х
!о - 1". <'Х х
зггоЧ гав ^
Г— I —
Рис. 4 - Результаты исследования электродинамических параметров тороидального резонатора прямоугольного сечения:
1 - распределение ЭМП в координатах осей; 2 - напряжённость электрического поля; 3 - напряжённость магнитного поля; 4 - поверхностные токи; 5 - плотность потока магнитной составляющей поля; 6 - энергия электрической составляющей; 7 - энергия электрической составляющей, в разрезе; 8 - энергия магнитной составляющей, в разрезе; 9 - сигналы импульсов возбуждения ЭМП СВЧ
полученной целевой функции - зависимость удельных энергетических затрат на сушку сырья от параметров агента сушки и СВЧ-генератора (дозы воздействия ЭМП СВЧ). Причём на управляемые переменные наложены ограничения, обусловленные областью их возможных значений. Например, для сушки шишек хмеля влажностью 70 % до 10 - 12 % максимальная температура агента сушки 70 оС; влажность нагреваемого воздуха в тепловой пушке не более 60 %. Частота вращения диэлектрического винтового шнека согласована с продолжительностью и дозой воздействия ЭМП СВЧ, а также углом наклона витков.
Выводы. Результаты исследования электродинамических параметров тороидального резонатора прямоугольного сечения показывают, что напряжённость электрического поля в ёмкостном зазоре составляет 3 - 5 кВ/см.
Предварительные расчёты показывают, что параметрами эффективного режима сушки све-жеубранного хмеля при общей мощности девяти генераторов 7,2 кВт являются: температура
65 - 70 °С; производительность хмелесушилки -100 кг/ч, удельные энергетические затраты -72 Вт-ч/кг. Сушку хмеля в первом ярусе следует начинать при температуре 40 - 45 °С, а в третьем ярусе заканчивать при температуре 60 - 65 °С. Хмель, высушенный до 10 - 12 %, проходит процесс отлёжки, чтобы влажность повышалась до 13 %. Далее для хранения при температуре 0 - 5 °С хмель следует плотно упаковать, в противном случае содержание альфа-кислоты и мягких смол снижается, содержание твёрдых смол увеличивается, изменяется цвет шишек. Для поддержания режима сушки разрабатывается алгоритм автоматизированного управления данной системой, обеспечивающий заданное качество хмеля и минимальные удельные энергозатраты на удаление влаги.
Список источников
1. Ивашов В.И. Технологическое оборудование предприятий мясной промышленности. Ч. 1. М.: Колос, 2001. 552 с.
2. Пат. № 2772987 РФ, МПК С12С3/02; F26B3. Многорезонаторная хмелесушилка с энергоподводом в электромагнитном поле / Просвирякова М.В., Стор-чевой В.Ф., Горячева Н.Г., Михайлова О.В., Новикова Г.В.; заявит. и патентообл. РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева (RU). № 2021132821 от 11.11.2021. Бюл. № 16 от 30 05.2022.
3. Пат. № 2770628 РФ, С12С3/02; F26B3. СВЧ-конвективная хмелесушилка непрерывно-поточного действия с полусферическим резонатором / Просвирякова М.В., Сторчевой В.Ф., Горячева Н.Г., Новикова Г.В., Михайлова О.В., Зиганшин Б.Г; заявит. и патентообл. НГИЭУ (RU). № 2021136688 от 13.12.2021. Бюл. № 11 от 19.04.2022.
4. Пат. № 2772992 РФ, С12С3/02; F26B3. Хмелесушилка с тороидальными и астроидальными резонаторами с энергоподводом в электромагнитном поле / Просвирякова М.В., Сторчевой В.Ф., Горячева Н.Г., Новикова Г.В., Михайлова О.В., Зиганшин Б.Г.; заявит. и патентообл. НГИЭУ (RU). № 2021135280 от 01.12.2021. Бюл. № 16 от 30.05.2022.
5. Пат. № 2774186 РФ, МПК С12С3/02; F26B3. Хмеле-сушилка непрерывно-поточного действия с источниками эндогенно-конвективного нагрева / Просвирякова М.В., Сторчевой В.Ф., Горячева Н.Г., Михайлова О.В., Новикова Г.В.; заявит. и патентообл. РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева (RU). № 2021121317; заявл. 19.07.2021. Бюл. № 12 от 16.06.2022.
6. Гинзбург А.С. Расчёт и проектирование сушильных установок пищевой промышленности. М.: Агропромиз-дат, 1985. 336 с.
7. Разработка энергосберегающего режима работы асинхронного электропривода установок послеуборочной обработки зерна / Д.А. Васильев, Л.А. Пантелеева, Е.В. Дресвянникова и др. // Вестник НГИЭИ. № 4 (131). С. 52 - 68.
8. Златин И., Кадышев С. SystemView + Matlab + Simulink. Возможности программы Matlab для моделирования в программе Simulink // Компоненты и технологии. 2004. № 2 (37). С. 164 - 170.
9. Глушаков С.В., Жакин И.А. Математическое моделирование. MathCad 2000. Matlab 5.3. М.: Фолио, 2001. 528 с.
10. Стрекалов А.В., Стрекалов Ю.А. Электромагнитные поля и волны. М.: РИОР: ИНФРА-М, 2014. 375 с.
11. CST Studio Suite [электронный ресурс]. URL: https:// lorentz.ru/cst-studio-suite/?yclid=7063004186007886553 (дата обращения 01.09.2021).
12. Чесунов В.М., Захарова А.А. Оптимизация процессов сушки в лёгкой промышленности. М.: Легпром-бытиздат, 1985. 112 с.
References
1. Ivashov VI. Technological equipment of meat industry enterprises. Part 1. M.: Kolos, 2001. 552 p.
2. Patent No. 2772987 of the Russian Federation, IPC C12C3/02; F26B3. Multi-resonator hop dryer with power supply in an electromagnetic field / Prosviryakova M.V., Storcheva V.F., Goryacheva N.G., Mikhailova O.V., Novikova G.V.; applicant and patent holder of the RGAU-MSHA named after K.A. Timiryazev (RU). No. 2021132821 of 11.11.2021. Byul. No. 16 of 30 05.2022.
3. Patent No. 2770628 of the Russian Federation, C12C3/02; F26B3. Microwave convective hop dryer of continuous-flow action with a hemispherical resonator / Prosviryakova M.V., Storcheva V. F., Goryacheva N.G., Novikova G.V., Mikhailova O.V., Ziganshin B.G.; applicant and patent holder of NGIEU (RU). No. 2021136688 of 13.12.2021. Byul. No. 11 of 19.04.2022.
4. Patent No. 2772992 of the Russian Federation, C12C3/02; F26B3. Hop dryer with toroidal and astroid resonators with energy supply in an electromagnetic field/ Prosviryakova M.V., Storcheva V. F., Goryacheva N.G., Novikova G.V., Mikhailova O.V., Ziganshin B.G.; applicant and patent holder of NGIEU (RU). No. 2021135280 dated 01.12.2021. Byul. No. 16 dated 30.05.2022.
5. Patent No. 2774186 of the Russian Federation, IPC C12C3/02; F26B3. Continuous-flow hop dryer with endogenous-convective heating sources / Prosviryakova M.V., Storcheva V.F., Goryacheva N.G., Mikhailova O.V., Novikova G.V.; applicant and patent holder of the Russian State Agricultural Academy named after K.A. Timiryazev (RU). No. 2021121317; application. 07/19/2021. Byul. No. 12 of 06/16/2022.
6. Ginzburg A.S. Calculation and design of drying plants of the food industry. M.: Agropromizdat, 1985. 336 p.
7. Development of energy-saving operation mode of asynchronous electric drive of post-harvest grain processing plants / D.A. Vasiliev, L.A. Panteleeva, E.V. Dresvyannikova et al. Bulletin of the NGIEI. 131(4): 52-68.
8. Zlatin I., Kadyshev S. SystemView+Matlab + Simulink. Features of the Matlab program for modeling in the Simulink program. Components and technologies. 2004; 37(2): 164-170.
9. Glushakov S.V., Zhakin I.A. Mathematical modeling. MathCad 2000. Matlab 5.3 / M.: Folio, 2001. 528 p.
10. Strekalov A.V., Strekalov Yu.A. Electromagnetic fields and won. M.: RIOR: INFRA-M, 2014. 375 p.
11. CST Studio Suite [electronic resource]. URL: https:// lorentz.ru/cst-studio-suite /?yclid=7063004186007886553 (date of issue 01.09.2021).
12. Chesunov V.M., Zakharova A.A. Optimization of drying processes in light industry. M.: Legprombytizdat, 1985. 112 p.
Галина Владимировна Новикова, доктор технических наук, профессор, [email protected], https://orcid.org/0000-0001-9222-6450
Александр Анатольевич Тихонов, кандидат технических наук, доцент, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-3687-977X
Наталья Геннадьевна Горячева, кандидат технических наук, доцент, [email protected], https://orcid.org/0000-0003-4874-3922
Марьяна Валентиновна Просвирякова, доктор технических наук, доцент, [email protected], https://orcid.org/0000-0003-3258-260х
Ольга Валентиновна Михайлова, доктор технических наук, профессор, [email protected], https://orcid.org/0000-0003-1045-2003
Galina V. Novikova, Doctor of Technical Sciences, Professor, [email protected], https://orcid.org/0000-0001-9222-6450
Alexander A. Tikhonov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-3687-977X
Natalia G. Goryacheva, Candidate of Technical Sciences, [email protected], https://orcid.org/0000-0003-4874-3922
Mariana V. Prosviryakova, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, [email protected], https://orcid.org/0000-0003-3258-260x
Olga V. Mikhailova, Doctor of Technical Sciences, Professor, [email protected], https://orcid.org/0000-0003-1045-2003
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests.
Статья поступила в редакцию 29.08.2022; одобрена после рецензирования 19.09.2022; принята к публикации 19.09.2022.
The article was submitted 29.08.2022; approved after reviewing 19.09.2022; accepted for publication 19.09.2022. -♦-
Научная статья
УДК 637.11:636.2
doi: 10.37670/2073-0853-2022-97-5-150-153
Производство молока на роботизированной молочной ферме
Геннадий Петрович Юхин1, Владимир Михайлович Мартынов1,
Владимир Александрович Шахов2, Гульнара Флуровна Латыпова1,
Азамат Миннигалеевич Калимуллин1, Алексей Анатольевич Катков1
1 Башкирский государственный аграрный университет, Уфа, Россия
2 Оренбургский государственный аграрный университет, Оренбург, Россия
Аннотация. Исследование проведено с целью определения экономической эффективности производства молока на молочно-товарной ферме с использованием роботизированной техники. Проанализирована робототехника для доения коров, уборки навоза и подачи кормов. Доказано, что применение роботов на молочной ферме в Республике Башкирия позволило сократить затраты ручного труда, повысить качество молока. Показано размещение доильных роботов в коровнике. Определены затраты на производства молока. Установлено, что затраты на производство молока в условиях роботизированной фермы окупаются при цене на сырое молоко не менее 31,2 руб/л в ценах 2021 r.
Ключевые слова: производство молока, молочно-товарная ферма, доильные роботы, роботы для уборки навоза, автопоилки.
Для цитирования: Производство молока на роботизированной молочной ферме / Г.П. Юхин, В.М. Мартынов, В.А. Шахов и др. // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 5 (97). С. 150 - 153. https://doi.org/10.37670/2073-0853-2022-97-5-150-153.
Original article
Milk production on a robotic dairy farm
Gennady P. Yukhin1, Vladimir M. Martynov1, Vladimir A. Shakhov2,
Gulnara F. Latypova1, Azamat M. Kalimullin1, Alexey A. Katkov1
1 Bashkir State Agrarian University, Ufa, Russia
2 Orenburg State Agrarian University, Orenburg, Russia
Abstract. The study was carried out in order to determine the economic efficiency of milk production on a dairy farm using robotic technology. Analyzed robotics for milking cows, manure cleaning and feed supply. It has been proven that the use of robots on a dairy farm in the Republic of Bashkiria has reduced the cost of manual labor and improved the quality of milk. The placement of milking robots in the barn is shown. The costs of milk production are determined. It has been established that the costs of milk production in a robotic farm are paid off at a price for raw milk of at least 31.2 rubles/l in 2021 prices.
Keywords: milk production, dairy farm, milking robots, manure cleaning robots, automatic drinkers.
For citation: Milk production on a robotic dairy farm / G.P. Yukhin, V.M. Martynov, V.A. Shakhov et al. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2022; 97(5): 150-153. (In Russ.). https://doi.org/10.37670/2073-0853-2022-97-5-150-153.
Продуктивность молочного стада зависит от многих факторов. Наиболее важными из них являются породные свойства коров, качество и своевременность кормления и поения животных, оптимальные параметры микроклимата [1]. В хозяйствах Республики Башкортостан содер-
жатся коровы чёрно-пёстрой, симментальской, голштинской и других пород [2 - 4]. Использование роботизированной техники на молочных фермах позволяет значительно снизить затраты ручного труда и повысить качество получаемой продукции [5, 6].
