CC BY
6
процессов возделывания сельскохозяйственных культур // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2015. - №39. - С. 315-320.
5. Лурье А.Б., Еникеев В.Г., Теплинский И.З. Курсовое и дипломное проектирование по сельскохозяйственным и мелиоративным машинам. - Л.: Агропромиздат, 1991. -224 с.
6. Смелик В.А., Первухина О.Н., Теплинский О.И. Выбор и обоснование метода оперативной оценки глубины заделки в почву удобрений и пестицидов в автоматизированной системе управления качеством и экологической безопасностью технологических процессов применения средств химизации // Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования: Сб. науч. тр. - I часть / СПбГАУ. - СПб., 2015. - С. 587-590.
7. Лурье А.Б., Абелев Е.А., Теплинский И.З., Иванович Н.Э. Обоснование принципа контроля равномерности глубины вспашки // Совершенствование рабочих органов и повышение эффективности технологических процессов и систем управления сельскохозяйственных машин: Сб. науч. тр. - Л., 1981. - С. 19-25.
8. Патент РФ №1554788 03.05.1988. Устройство для регулирования глубины хода рабочих органов сельскохозяйственных машин и орудий / Лурье А.Б., Абелев Е.А., Теплинский И.З., Щеткин Б. Н., Сало В. М.
9. Смелик В.А., Теплинский О.И. Анализ технологического процесса мобильного протравливателя семенного картофеля как объекта контроля и управления // - Технологии и средства механизации сельского хозяйства: Сб. науч. тр. / СПбГАУ. - СПб., 2006. - С. 106110.
УДК 629.039.58 Аспирант С.В. ДАНИЛОВА
(СПбГАУ, [email protected]) Доктор техн. наук В.С. ШКРАБАК (СПбГАУ, [email protected]) Доктор техн. наук А.А. ПОПОВ (СПбГАУ, popov99. [email protected])
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГИДРООБЕСПЫЛИВАНИЯ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЙ НА ЛИНИЯХ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ДОРАБОТКИ КОРНЕПЛОДОВ
Гидрообеспыливание, почва, пыль, корнеплоды, распылители, мелкодисперсность
Для того чтобы снизить возникновение и рост количества профессиональных заболеваний у людей, работающих в цехах с повышенным содержанием пыли, применяется способ гидрообеспыливания и аэродинамический способ удаления пыли. В настоящее время на линиях послеуборочной доработки корнеплодов широко используется аэродинамический способ удаления пыли, но он не обеспечивает снижение запыленности воздуха рабочей зоны до нормативов ПДК. Гидрообеспыливание широко используется в промышленности и во взрывоопасных цехах в сельском хозяйстве (комбикормовые заводы). Однако этот способ не нашел применения на линиях послеуборочной доработки корнеплодов. Вместе с тем С.А. Рысин отмечает, что обеспыливание производственных процессов необходимо производить в первую очередь искусственным увлажнением пылящего материала в пределах, которые допускаются технологическим процессом [1].
На линиях послеуборочной доработки корнеплодов почвенная пыль имеет свои физико-химические характеристики, отличающиеся от других материалов. Без знаний гранулометрического состава почвы, поступающей вместе с корнеплодами от уборочных машин, ее процентного содержания и скорости витания (парусности) во время выгрузки корнеплодов, невозможно решать вопросы о гидрообеспыливании [2]. Поэтому были проведены исследования по вышеуказанным направлениям.
Гранулометрический состав почвы определен по методу Н.А.Качинского. Результаты обработки экспериментальных данных по гранулометрическому составу почвы представлены в табл. 1.
Т а б л и ц а 1. Гранулометрический состав почвы, поступающей вместе с корнеплодами от уборочных машин теребильного типа на линии послеуборочной доработки столовых
корнеплодов. Влажность почвы 16,9%
Показатели Процентное содержание фракций, %
крупные фракции, мм мелкие фракции (пыль), мм
1-0,25 0,250,05 0,050,01 Всего 0,010,005 0,0050,001 <0,001 Всего
1- ая повторность 50,21 25,49 9,59 85,29 3,12 5,47 6,12 14,71
2 - ая повторность 49,50 27,20 9,47 86,17 4,00 4,47 5,35 13,82
Среднее значение 49,86 26,35 9,53 85,58 3,56 4,97 5,74 14,28
Стандартн. отклонение 0,51 1,93 0,09 х 0,62 1,28 0,54 х
Коэф.вариации, % 1,02 7,0 0,94 х 17 13 9 х
Как видно из данных, приведенных в табл. 1, среднее значение содержания мелкодисперсной пыли к общему содержанию почвы в корнеплодах равно 14,28%. Зная гранулометрический состав почвы, можно определить скорость витания (парусность) почвенной пыли. Для определения скорости витания почвенной пыли был использован ротаметрический парусный классификатор РПК-30 (ВИМ). Классификатор РПК-30 предназначен для определения аэродинамических свойств семян зерновых культур и частиц вороха. В загрузочной кассете днище имеет латунную сетку с размером ячеек 1х1 мм, но через такие отверстия в сетке вся почвенная пыль проваливается вниз, поэтому была подобрана латунная сетка с размером ячеек 0,15 х 0,15 мм. Фактически параллельные нити (проволока) смещены относительно друг друга на угол 600 (диагональ 0,25 мм). При таком смещении расстояние между ними равно 0,12 мм, диаметр латунной нити - 0,05 мм, цена деления - 0,05 мм. Параметры этой сетки определяли, используя трубку Бреннеля. Результаты опытов по определению скорости витания почвенной пыли представлены в табл.2.
Т а б л и ц а 2. Скорость витания почвенной пыли (количество почвы в загрузочной кассете - 10 г)
Долевое содержание почвы в навеске, % Скорость витания почвы, м/с
30,1 0,00 - 0,05
59,1 0,05 - 0,25
10,8 0,25 - 0,70
100 х
Для лучшего восприятия на рис. 1 представлены данные табл. 2.
Рис. 1. Распределение фракционного состава почвы в зависимости от ее скорости витания
Для моделирования процесса выгрузки корнеплодов из контейнеров и самосвальных тракторных средств в приемный бункер линии послеуборочной доработки корнеплодов и для исследования процесса гидропылеподавления нами изготовлена лабораторная установка, представленная на рис. 2.
На передней и задней стойках рамы установлен контейнер 9. Под контейнером, на задней стойке рамы, смонтированы насос 2 и регулятор давления «Sirius» (Италия) с манометром 3 насосной станции. В состав насосной станции также входит емкость для воды (10 литров) 1, комплект шлангов 4, соединяющий регулятор давления 3 с форсунками (распылителями) 5 (на регуляторе имеются два штуцера с шаровыми кранами, к которым присоединяются шланги). Диафрагменный насос 2 «Geopump -5,5/5,0» (Италия) производительностью до 5 л/мин с развиваемым давлением до 5 Бар приводится в рабочее состояние от электропитания с напряжением постоянного тока 12 В. Потребляемая мощность - 120 Вт. Питание насоса осуществляется от электросети с напряжением 220 В или от аккумулятора через блок питания «DR-12-120». В нашем случае привод насоса работает от электросети с напряжением 220 В. Управление насосной станцией осуществляется с пульта управления 12 (включенного в сеть 12 В), закрепленного на задней стенке стойки рамы. Внутренние габариты контейнера 9: ширина - 200 мм, высота - 200 мм, длина - 1000 мм (равна длине контейнеров, широко используемых для столовых корнеплодов). Вместимость контейнера до 25 кг. Контейнер по длине разделен на две части легко снимаемой перегородкой 10. Одна часть (со стороны выгрузки корнеплодов) составляет 1/3 от общей длины контейнера. Такое соотношение выбрано из следующих соображений: необходимо установить влияние толщины слоя корнеплодов на образование запыленности помещения при одинаковой массе загружаемых корнеплодов в контейнер.
Рис. 2. Установка моделирования процесса выгрузки корнеплодов из контейнеров и самосвальных тракторных средств в приемный бункер линии доработки с подачей на выгружаемые корнеплоды мелкодисперсной жидкости: а) схема установки: 1 - емкость для воды; 2 - насос; 3 - регулятор давления с манометром; 4 - комплект шлангов; 5 - распылители; б - ящик (тара); 7 - подцон; 8 - платформа; 9 - контейнер; 10 - снимаемая перегородка в контейнере; 11 - штатив для распылителей; 12 - пульт управления; 13 - страховочный трос; 14 - устройство для автоматического включения и выключения подачн воды к распылителям при повороте контейнера на угол до 120°; > - подача воды;
•4— - возврат воды в бак через байпас регулятора давления; ****** - почвенная пыль; - вода;
корнеплоды; -► - мелкодисперсная жидкость;
б) общий вид установки
При массе навески корнеплодов, равной 7,5 кг, при установленной перегородке 10 корнеплоды загружаются в три слоя (толщиной 210 мм), при убранной перегородке
корнеплоды равномерно разравниваются в один слой (70 мм) по всей поверхности контейнера. Контейнер опирается на ось, вращающуюся в скользящих подшипниках, закрепленных на передних стойках рамы. Задняя стенка контейнера соединена с задней стойкой рамы страховочным тросом 13, предотвращающим опрокидывание контейнера при крайних его положениях во время выгрузки корнеплодов. Подъем и опускание контейнера осуществляется вручную при помощи ручки, установленной на левой стороне контейнера, вблизи от его задней стенки. Благодаря наличию шарнирной передней стенки на контейнере, его можно использовать в качестве модели: непосредственно как контейнер (при закрытой задней стенке) и как самосвал (передняя стенка открыта во время выгрузки корнеплодов). Поскольку выгрузка корнеплодов из самосвала наиболее равномерна, по сравнению с выгрузкой из контейнера, в связи с ограниченной массой корнеплодов в опытах, используем контейнер в качестве модели самосвала. Платформа 8 на ножках изготовлена отдельно от рамы контейнера. Она может задвигаться вместе с поддоном 7 и установленным на нем ящиком 6 под контейнер до передних стоек рамы. На платформу одновременно можно поставить как один, так и два поддона с поставленными на них ящиками для приема выгружаемых корнеплодов из контейнера. С правой стороны платформы (по направлению движения выгружаемых корнеплодов из контейнера) закреплена стойка штатива 11. По стойке может перемещаться и вращаться кронштейн с закрепленными на нем шарнирно распылителями 5 (в нашем случае два распылителя). Изменяя положение распылителей на штативе, можно обеспечить подачу жидкости от двух (и более) распылителей в один ящик или каждый распылитель будет подавать жидкость в отдельный ящик. Ящики имеют следующие габариты: длина - 400 мм, ширина - 300 мм, высота - 300 мм. Два ящика, поставленные плотно друг к другу, имеют общую длину, равную 800 мм. Это соответствует ширине выгрузки корнеплодов из контейнера в приемный бункер линии доработки столовых корнеплодов. В дне каждого ящика просверлены отверстия диаметром 1 мм на площади, равной площади поддона, в который может стекать вся жидкость, просачивающаяся из ящиков, попадая в них во время подачи мелкодисперсной жидкости из распылителей. Количество отверстий в дне каждого ящика обеспечивает беспрепятственное прохождение жидкости в поддоны. Устройство 14 (на рис. 2б не показано) обеспечивает автоматическое включение и выключение подачи жидкости к распылителям при повороте контейнера на 1200 [3].
При проведении опытов корнеплоды и почву взвешивали на электронных весах SOEHNLE 65106 Fiesta, количество воды измеряли мерной емкостью. Запыленность воздуха в зоне падения корнеплодов из контейнера (модель кузова самосвала) в тару определяли сбоку над тарой на высоте 500 мм прибором для определения запыленности воздуха ИКП-5 (мг/м ). Определили расход и распределение мелкодисперсной жидкости, подаваемой из распылителя в ящик с корнеплодами. Расход жидкости через один распылитель при давлении в 4 Бара (давление в гидросистеме поддерживалось постоянно) составил 317 мл/мин, угол конуса распыла равен 350. Распылитель установлен по центру ящика на высоту 620 мм от его дна. Высота расположения распылителя выбрана из следующих соображений: чтобы максимально обеспечить равномерную подачу жидкости по всей площади ящика; обеспечить максимальное поглощение почвенной пылью мелкодисперсных капель воды.
Для определения равномерности распределения жидкости по поверхности ящика на его дно плотно поставили влагонепроницаемые емкости 70 х 70 мм, высотой 40 мм. По длине ящика - 5 шт., по ширине - 4 шт., всего получилось 20 емкостей; количество воды измеряли мерной емкостью (рис.3).
а) б)
Рис. 3: а) влагонепроницаемые емкости: 70х70х40 мм; б) емкости для измерения количества жидкости
Время подачи воды - 3 мин. Результаты замеров приведены в табл. 3. На равномерность распределения жидкости на дне ящика, возможно, отразилось в первую очередь то, что распыл жидкости происходит по конусу, а ящик имеет прямоугольную форму. По диагоналям ящика количество жидкости в емкостях меньше по сравнению с другими емкостями (15 - 17,5 мл), а в остальных емкостях - от 20 до 41,5 мл. В табл. 3 представлены результаты определения равномерности подачи жидкости от распылителя в ящик.
Т а б л и ц а 3. Результаты определения равномерности подачи жидкости от распылителя
в ящик (две повторности)
Координаты Кол-во жидкости в емкостях, мл. Среднее значение по двум повторностям Итого, мл Среднее значение, X Стандарт. отклон., S Коэф-ент вариации, V, %
по ширине 1 2 3 4 5 х х х х
по длине
А 15 20 25 20 17,5 97,5 19,5 3,71 19,02
Б 15 40 40 37,5 30 162,5 32,5 12,0 36,92
В 17,5 35 39 41,5 34 167 33,4 9,41 28,17
Г 17,5 32,5 32,5 38 17,5 138 27,5 9,49 34,22
Итого 65,0 127,5 136,5 137 99 565 х х х
В опытах использовали свеклу столовую «Бордо-237»; в контейнер загружали по 7,5 кг. Диаметр корнеплодов от 50 до 70 мм, длина корнеплодов - от 50 до 80 мм. В зависимости от условий проведения опытов толщина слоя корнеплодов в контейнере 70 мм и 210 мм.
В контейнер с корнеплодами высыпали почву содержанием 1% (75 г) и 5% (375 г) по отношению к массе корнеплодов. Почва - дерново-подзолистая, плодородная, с поверхности поля из слоя глубиной до 150 мм. Почва высушена естественным путем до достижения средней абсолютной влажности - 2,5%
(4 - кратная повторность: 2,397%; 2,382%; 2,532% и 2,495%), перетерта вручную до исчезновения комочков с целью обеспечения ее однородности по механическому составу.
При выгрузке корнеплодов из контейнера в ящик производилась подача мелкодисперсной жидкости из распылителей, установленных, как отмечалось ранее, на высоте 620 мм от дна ящика. Угол конуса распыла при выходе из распылителя — 350, расход
жидкости из одного распылителя — 317 мл/мин. Продолжительность подачи мелкодисперсной жидкости составляет 10 и 30 с.
После завершения каждого опыта определяли на предмет увлажнения поверхность всех корнеплодов, находящихся в ящике. В поддоне отмечали наличие почвы и воды, которые могли в них проникнуть из ящика, имеющего отверстия в дне. Интервалы варьирования в опытах корнеплодов, почвы и воды выбраны с учетом ранее проведенных опытов. Количество повторностей во всех опытах - две. Сводные данные результатов исследований по гидрообеспыливанию приведены в табл. 4.
Т а б л и ц а 4. Факторы и параметры оптимизации гидрообеспыливания
Факторы Параметры оптимизации
содержание почвы в корнепл. % толщина слоя корнепл. в конт-ре, мм продолжи -тельность подачи воды, с содержание почвенной пыли в воздухе, мг/м3 увлажнение поверхности корнеплодов (визуально), %
кол-во воды, мл
в том числе
Всего % вся поверх-ть / поверх-ти У поверх-ти без увл. (сухая)
5 70 0 / — 18,47 0,0 — — — —
5 210 0 / — 18,37 0,0 — — — —
1 210 0 / — 15,37 0,0 — — — —
1 70 0 / — 15,17 0,0 — — — —
5 70 9 / 28,26 11,56 100 1,48 30,20 28,20 40,12
5 210 10 /31,40 7,35 100 0,00 65,70 34,30 0,00
5 210 30/ 94,20 3,45 100 29,60 57,20 13,20 0,00
Анализируя результаты опытов по гидрообеспыливанию, следует отметить, что во всех опытах толщина слоя корнеплодов, выгружаемых из контейнера в ящик, составила 116 мм (как отмечалось ранее: длина и ширина ящика соответственно равны 400 и 300 мм). В поддонах, на которые установлены ящики с отверстиями в дне, вода отсутствовала. В них находилась только почва после контакта с мелкодисперсной жидкостью в виде жидкой или пластичной массы. В опытах максимальный расход воды на 7,5 кг корнеплодов составил 94,2 мл и минимальный - 21,26 мл. В расчете на 1т обрабатываемых корнеплодов ожидаемый расход воды составит от 2,84 до 12,56 л/т. При доработке корнеплодов на линии с производительностью до 10 т/ч расход в потребности воды можно ожидать от 28,4 до 125 л/ч (по данным авторов [1,4], гидрообеспыливание осуществляется форсунками, производительность которых должна быть не более 250-300 л/ч при рабочем давлении форсунок в 2-3 атм.). Очевидно, по результатам наших исследований расход воды на гидрообеспыливание значительно ниже рекомендуемых [1,4]. Следовательно, можно сделать следующие выводы. При отсутствии подачи мелкодисперсной жидкости на пыль, поднимающуюся над корнеплодами в ящике в виде облака на высоту свыше 60 см, наблюдали следующее:
- чем выше содержание почвы в корнеплодах, тем выше запыленность воздуха (с 15,37 до 18,37 мг/м3);
- толщина выгружаемого слоя корнеплодов из контейнера не оказывала влияния на запыленность воздуха рабочей зоны (18,37 мг/м3 при толщине слоя 210 мм и 18,47 мг/м3 при толщине слоя 70 мм).
При подаче мелкодисперсной жидкости на пыль, образующуюся при выгрузке корнеплодов из контейнера в ящик, получили следующие результаты:
- с увеличением продолжительности подачи воды резко снижается запыленность воздуха: 18,37 мг/м3 при отсутствии подачи воды; 7,35 мг/м3 при продолжительности подачи воды 10 с; 3,45 мг/м при продолжительности подачи воды 30 с. Это наглядно представлено на рис. 4;
мг/ы5 20 15 10 5
0 10 20 30 с
Рис. 4. Снижение запыленности воздуха
- содержание пыли в воздухе снижается с увеличением толщины слоя: 7,35 мг/м3 — при толщине выгружаемых корнеплодов 210 мм; 11,56 мг/м3 — при толщине выгружаемых корнеплодов 70 мм.
Продолжительность подачи мелкодисперсной жидкости - 10 с и 9 с:
- при подаче мелкодисперсной жидкости на почвенную пыль с высоты 620 мм практически вся вода поглощается пылью полностью, так как на дне ящика, в котором находились в два слоя столовые корнеплоды, воды не было;
- пыль поднимается со дна ящика, в котором находятся корнеплоды, на высоту свыше 600 мм в течение 30 с и более. Поэтому осуществлять подачу мелкодисперсной жидкости в течение 10 с недостаточно для нормативного содержания пыли по ПДК, равного 8-9 мг/м3. Если учесть, что скорость витания мелкодисперсной пыли 0,2 м/с, очевидно, что время подъема пыли на высоту 600 мм составляет 3 с. Этого времени достаточно для поглощения мелкодисперсной жидкости, подаваемой в течение 30 с, пылью;
- угол поворота контейнера до полной выгрузки из него корнеплодов достигает 1200. Установленное нами специальное устройство для пылеподавления обеспечивает в гидросистеме автоматическое включение и выключение подачи жидкости к распылителям
[3].
Полученные результаты необходимо учесть при исследовании процесса пылеподавления мелкодисперсной жидкостью в производственных условиях.
Л и т е р а т у р а
1. Рысин С.А. Вентиляционные установки машиностроительных заводов: Справочник. - изд. 3-е, перераб. - М.: Машиностроение, 1964. - 704 с.
2. Попов А.А., Шкрабак В.С., Данилова С.В. Обоснование направлений нормализации условий труда в цехах доработки плодоовощной продукции (на примере доработки столовой моркови и столовой свеклы) // АПК России: прошлое, настоящее, будущее: Сб. научн. Трудов. ЧХ / СПбГАУ. - СПб., 2015. - С. 378-380.
3. Патент на полезную модель 145704 РФ МПК А01В25/00 Устройство для пылеподавления / СВ. Данилова, ВС. Шкрабак, М.С. Овчаренко, А.А. Попов. ФГБОУ ВПО СПбГАУ. - № 2014121854/13; Заяв. 29.05.2014; Опубл. 27.09.2014
4. Протопопова Д.А. Анализ влияния пыли в рабочих зонах агрегата питания асфальтобетонного завода на работающих: Мат. науч.-практ. конф. (Техносферная безопасность) / РГСУ. - Ростов-на-Дону, 2011. - С. 465-468.
УДК 111 Доктор филос. наук А.Г. ДАВЫДЕНКОВА
Канд. филос. наук А.Л. ДРОЗД (БГТУ «Военмех» им. Д.Ф.Устинова) Ст. преподаватель Н.В. МАТВЕЕВА
(СПбГАУ)
МЕДИЦИНА КАТАСТРОФ В КОНТЕКСТЕ ГЛОБАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ
СОВРЕМЕННОСТИ
Медицина катастроф, стихийные бедствия, природные катастрофы, цивилизация, жизнь человека, научно-технический прогресс, демография, антропогенез
В огромном многообразии современного техногенного мира с его бешеными скоростями, информационными коммуникациями, во времена Интернета, компьютеризации, глобализации, а также других многочисленных образов, характеризующих нашу эпоху, нельзя забывать, что человек, усложняя свой мир, все чаще вызывает к жизни такие силы, которые он уже не контролирует и которые становятся чуждыми его природе [ 1, с 31]. При всем могуществе Человека по преобразованию окружающей среды и собственного бытия его творческая деятельность не безгранична в удовлетворении желаемых потребностей.
Среди многочисленных глобальных проблем, порожденных техногенной цивилизацией и поставивших под угрозу само существование человечества, можно выделить три главных.
Первая из них - это проблема выживания в условиях непрерывного совершенствования оружия массового уничтожения. Человечество оказалось на пороге возможного самоуничтожения, что явилось «побочным эффектом» научно-технического прогресса, открывающего все новые возможности развития военной техники.
Второй, и самой острой проблемой современности является нарастание экологического кризиса в глобальных масштабах. Два аспекта человеческого существования как части природы и как деятельного существа, преобразующего природу, приходят в конфликтное столкновение. Деятельность человека вносит постоянные изменения в биосферу, на современном этапе развития техногенной цивилизации масштабы человеческого вмешательства в природу таковы, что они начинают разрушать биосферу как целостную экосистему.
И третья по счету (но не по значению) проблема - это проблема, которую иногда обозначают как современный антропологический кризис. Речь идет о сохранении человеческой личности, человека как биосоциальной структуры в условиях растущих и всесторонних процессов отчуждения, приобретающее в современном мире еще одно, совершенно новое измерение. Впервые в истории человечества возникает реальная опасность разрушения той биогенетической основы, которая является предпосылкой индивидуального бытия человека и формирования его как личности. Возникла угроза существования человеческой телесности, которая является результатом миллионов лет биоэволюции и которую начинает активно деформировать современный техногенный мир.
