CC BY
94
УДК 621.67:628.163
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЦЕНТРИФУГИ ДЛЯ ОТКАЧКИ МЕДА С РАЦИОНАЛЬНЫМ РЕЖИМОМ РАБОТЫ
Овсянников Дмитрий Алексеевич к.т.н., доцент
Хорошунов Николай Геннадиевич аспирант
Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия
В статье обоснована актуальность применения электропривода центрифуги для откачки меда с рациональным режимом работы. Установлено, что выявление закономерностей движения меда из со-торамок в центрифуге при откачке позволит разработать рациональный электропривод центрифуги и снизить трудоемкость процесса. Приведена принципиальная электрическая схема управления электроприводам центрифуги. Произведено техникоэкономическое обоснование применения рацио -нального электропривода центрифуги для откачки меда на пасеке 100 пчелосемей. Даны рекомендации по применению результатов исследования
Ключевые слова: КАЧЕСТВО ОТКАЧКИ МЕДА,
РАЦИОНАЛЬНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЦЕНТРИФУГИ, МЕДОГОНКА,
МИКРОКОНТРОЛЛЕР PIC 16FS77A, ЧИСТЫЙ ДИСКОНТИРОВАННЫЙ ДОХОД, ОКУПАЕМОСТЬ
1. Актуальность
Пчелы являются основными опылителями энтомофильных сельскохозяйственных растений [3;4;10]. Доход от прибавки урожая в результате
опыления в 15-20 раз превышает стоимость всех произведенных продуктов пчеловодства. Поэтому для сельского хозяйства России важно развитие пчеловодства.
В настоящее время 95 % пчелиных семей входят в составе частных пасек или личных подсобных хозяйств. Механизация, электрификация и автоматизация трудоемких технологических операций на таких пасеках находится на уровне Х!Х века. Этот фактор сильно снижает производительность труда, повышает себестоимость продукции пчеловодства и делает производимый мед неконкурентоспособным в сравнении с импортным,
UDC 621.67:628.163
FEASIBILITY STUDY FOR CENTRIFUGE ELECTRIC DRIVE APPLICATION FOR HONEY OUTPUT WITH RATIONAL OPERATING MODE
Ovsiannikov Dmitry Alexeevich Cand.Tech.Sci., associate professor
Khoroshunov Nikolay Gennadievich Postgraduate student
Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia
Hereby an urgency of electric drive with rational operating mode for honey output centrifuge is substantiated. There was ascertained, that exposure of regularity of honey movement out of the cell-frames within centrifuge during the honey output will let to work out rational electric drive for centrifuge and to reduce a work content of the technological process. Principal electro scheme for centrifuge electric drive controlling is given here. Feasibility study for honey centrifuge rational electric drive application for serving an apiary, consisting of 100 colonies of bees is performed here. Recommendations for application of research results are hereby given
Keywords: QUALITY OF HONEY OUTPUT, RATIONAL OPERATING MODE OF CENTRIFUGE ELECTRIC DRIVE, HONEY CENTRIFUGE, MICROCONTROLLER PIC 16F877A, DISCOUNTED CASH FLOW, PAYBACK
что снижает продовольственную безопасность страны. Наиболее трудоемким процессом является откачка меда [2;3;10].
о
5 700 -
5 600 -
Т_ 500 -
6 400 -о
| 300 -£ 200 -
5 100 -н 0 -
Рисунок 2 - Трудоемкость летних технологических операций при производстве товарного меда на 100 пчелиных семей
Своевременная откачка меда способствует повышению медопродук-тивности, так как пчелиные семьи с увеличенной активностью восстанавливают медовые запасы. При ограниченном количестве сот, качественно откачанные медовые рамки, являются местом для засева яиц маткой и соответственно способствуют развитию пчелиных семей. В современных условиях хозяйствования в 95 % случаев пчеловоды осуществляют откачку меда с использованием собственной физической силы для привода центрифуги (медогонки), что снижает производительность труда более чем в 4,5 раза [10].
ей
о
Е? с; о
0
1
03
I
03
со
о
о
о ю
03 _
О- -&
&
&
03
&
т
03
х -
^ =5
ГС £
1 &
2 2
£ 1 53 го
03 О
т
о
1=
& 2 н
£ аО си
% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Рисунок 3 - Доля ручного труда при технологическом процессе
откачки товарного меда
Кроме того, по мере увеличения физической усталости пчеловоду трудно контролировать требуемую скорость центрифуги для откачки меда и держать ее постоянной. Это приводит к поломке соторамок или неполной откачке товарного меда. Известно, что на отстройку 1 кг воска пчелиная семья расходует 3,6 кг меда, то есть ценная энергия пчелиной семьи тратится не на выкармливание расплода и восстановление медовых запасов, а на реставрацию сот. Производимые в настоящее время медогонки с электроприводом неэффективны и приводят к некачественной откачке меда, так как не учитывают закономерности удаления меда из соторамок в системе переменных масс. Произведен анализ машин и механизмов, предназначенных для откачки меда, распространенных на территории России. Используемые в настоящее время центрифуги для откачки меда имеют нерегулируемый электропривод или регулируемый вручную, без каких либо рекомендаций по установке частоты вращения барабана медогонки. Кроме того, при выборе частоты вращения совершенно не учитывается вязкость меда, которая существенно зависит от его температуры и влажности. В результате неверного выбора скорости вращения до 20 % меда остается в со-торамках, кроме того, до 35 % соторамок подвержены разрушению и даль-
нейшей выбраковке, что приводит повышенному расходу меда пчелами для их восстановления (таблица 1). Причины некачественной откачки меда, заключаются в том, что не учитываются закономерности удаления меда из соторамок в системе переменных масс. Суммарный убыток от некачественной откачки меда может составлять до 30 % от медосбора [5,8,9].
Таблица 1 - Ущерб, наносимый существующими медогонками с электроприводом
Показатели Центрифуга с ручным приводом Центрифуга с электроприводом
Потери соторамок, %. 4 30
Степень откачки, % 94 80
Средняя товарная медопродуктивность, кг 65 56
Потери продукции от нерационального электропривода центрифуг, % - 15
Средний ущерб для пасеки 100 пчелосемей от нерационального электропривода центрифуг, тыс. рублей в год - 120
2 Разработка системы автоматического управления рациональным электроприводом центрифуги для откачки меда
В соответствии с техническими решениями, принятыми при реализации САУ рациональным электроприводом, разработана схема электрическая принципиальная, представленная на рисунке 4.
Рисунок 4 - Схема электрическая принципиальная системы автоматического управления электроприводом центрифуги для откачки меда
Питание в схему подается с помощью переключателя 8Л1. Питающее напряжение цепи управления обеспечивает автомобильный аккумулятор, компенсационный стабилизатор, собранные на микросхемах (МС) ОЛ1
(L7805). Поданное напряжение 13,8 В конвертируется в 5 В и сглаживается емкостным фильтром C3, C4 и С5. Через резистор R2 подается питание на первую ножку микроконтроллера MCLR (вход сброса микроконтроллера). Построечный резистор R1 осуществляет регулировку контрастности LCD индикатора.
Резисторы R3, R4 и R5 служат для понижения напряжения для аналогового входа. В микроконтроллере аппаратно встроен десятибитный АЦП, который в свою очередь измеряет уровень заряда аккумуляторной батареи. Светодиод LED 1 сигнализирует о среднем заряде аккумулятора. Светодиод LED 2 зажигается при критически низком уровне напряжения аккумуляторной батареи.
Напряжение на первичной обмотке повышающего трансформатора TV1 управляется силовыми ключами VT1- VT6. Затворы силовых ключей подключены к управляющим драйверам DD2-DD4 (IR2101S), на входы которого подается управляющий сигнал с микроконтроллера DD1 (PIC 16F877A) фирмы «Microchip» (США) [7,8].
В качестве панели оператора используется жидкокресталический индикатор, который имеет две строки и шестнадцать символов. На LCD выводится список режимов работы, параметров... уровень заряда аккумулятора. Обмен данных ЖКИ с микроконтроллером осуществляется по параллельному интерфейсу Hitachi 44780. Выбор режимов и ручное управление осуществляется с помощью кнопок SB1-SB4.
3 Определение экономической эффективности от внедрения новой установки
Одна из важнейших задач при внедрении установки - это определение экономической эффективности и технической целесообразности в производстве. В результате применения регулируемого электропривода центрифуг используемых в пчеловодстве повышается качество откачки
меда, а, следовательно, увеличивается производительность пасеки. Помимо этого, уменьшается вероятность поломки соторамок, что ведёт к более рациональному расходу энергии пчелосемей, направленной на выкармливание расплода и восстановление медовых запасов, а не на реставрацию сотов[2;3;4;7, 10].
Основным результатом внедрения установки на пасеке является получаемый экономический эффект в виде чистого дисконтированного дохода (ЧДД) [1;9]. Сельскохозяйственные предприятия в настоящее время работают в условиях рыночной экономики и инфляции. Техникоэкономическое обоснование выполнено для трех вариантов в сравнении с базисной установкой:
1. Вариант 1: определение эффективности внедрения установки на пасеке имеющей 100 ульев, выраженной через основные экономические показатели, включая чистый дисконтированный доход, которая достигнута за счет увеличения производительности пасеки в результате увеличения качества откачки меда.
2. Вариант 2: определение эффективности внедрения установки на пасеке имеющей 100 ульев, выраженной через основные экономические показатели, включая чистый дисконтированный доход, которая достигнута за счет снижения вероятности поломки сотора-мок.
3. Вариант 3: определение эффективности внедрения установки на пасеке имеющей 100 ульев, выраженной через основные экономические показатели, включая чистый дисконтированный доход, которая достигнута за счет увеличения производительности пасеки в результате увеличения качества откачки меда и снижения вероятности поломки соторамок.
аблица 2 - Последовательность расчета экономических показателей
№ Показатели 2006 2007 2008 2009 2010
1 2 3 4 5 6 7
1 Норма доходности (банковская кредитная ставка), % 12 11,5 10,5 11,2 5 10,77
2 Г одовой уровень инфляции, % 10,9 9 11,9 13,3 14,5
3 Часовая тарифная ставка, руб. электромонтера 5-го разряда 80 85 100 120 120
4 Средняя медопродуктивность при использовании базисной установки кг/100 ульев. 9540 4730 6780 5350 4950
5 Средняя медопродуктивность при внедрении новой установки кг/100 ульев. 10400 5398 7280 5850 5450
6 Стоимость меда, руб/кг. 30 60 40 70 80
1 2 3 4 5 6 7
7 Потери соторамок при использовании базисной установки, %. 15
8 Потери соторамок при внедрении новой установки, %. 1
9 Стоимость 1 кВт-ч. электроэнергии, руб. 1,6 1,8 2,1 2,4 2,8
10 Эксплуатационные затраты 3432 3435 3441 3446 3453
11 Валовой доход при использовании базисной установки 286200 283800 271200 374500 396000
12 Валовой доход при внедрении новой установки 312021 323878 301460 423637 450990
14 Дополнительный доход вариант 1 15000 30000 20000 35000 40000
15 Дополнительный доход вариант 2 10821 10078 10260 14137 14990
16 Дополнительный доход вариант 3 25821 40078 30260 49137 54990
Таблица 5 - Расчет чистого дисконтированного дохода для варианта 3
Показатели Годы
0 1 2 3 4 5
Приток, руб. 25821 40078 30260 49137 54990
Отток, руб. 34000 3432 3435 3441 3446 3453
Cash Flow, руб. -34000 22389 36643 26819 45691 51537
a 0,98 0,97 0,97 0,96 0,95
(Cash Flow)- at, руб. 21941 35544 26014 43863 48960
ЧДД=176З2З руб.
Рисунок 6 - Диаграмма изменения показателя Cash Flow по этапам расчета чистого дисконтированного дохода для третьего варианта.
Таблица 6 - Результаты технико-экономического обоснования
№ Показатели Контроль Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3
1 Капиталовложения на внедрение новой установки для 100 ульев, руб/ульев. - 34000 34000 34000
2 Эксплуатационные затраты, руб/100 ульев. - 3500 3500 3500
3 Валовая продукция: тыс.руб. на 100 ульев 396000 436000 410990 450990
4 Дополнительный эффект: тыс. руб. на 100 ульев - 40000 14990 54990
5 Срок окупаемости капитальных вложений, лет - 0,85 2,3 0,6
6 Чистый дисконтированный доход для 100 ульев за 5 лет, тыс. руб - 118179 41522 176323
В результате технико-экономического обоснования применения рационального электропривода центрифуги для откачки меда на пасеке 100 пчелосемей установлено, что срок окупаемости для различных вариантов
расчета составляет от 0,6 до 2,3. Экономическая эффективность достигается за счет повышения качества откачки меда. Чистый дисконтированный доход от внедрения центрифуги для откачки меда достигается на пасеке 100 пчелиных семей достигается за счет комплексного повышения качества откачки и составляет 176 тыс. рублей за пять лет.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Установлено, что наиболее перспективным для электропривода центрифуги является частотный метод изменения скорости вращения электродвигателя. Таким образом, сформулирована научная гипотеза: выявление закономерностей движения меда из соторамок в центрифуге при откачке позволит разработать рациональный электропривод центрифуги и снизить трудоемкость процесса. Получена эмпирическая модель влияния температуры меда и влажности меда на начальную скорость вращения центрифуги. Модель использована для программирования микроконтроллеров в составе регулируемого электропривода центрифуги для откачки меда. Произведено технико-экономическое обоснование обоснования применения рационального электропривода центрифуги для откачки меда на пасеке 100 пчелосемей. Экономическая эффективность достигается за счет повышения качества откачки меда: потери соторамок снизились с 15 до 1 %; степень откачки повысилась с 86 до 95 %. Чистый дисконтированный доход составил 176 тыс. рублей.
Библиографический список
1. Игошин Н. В. Инвестиции. Организация, управление, финансирование: учебник / Игошин Н. В. - М.: Юнити-Дана, 2005. - 448 с.
2. Овсянников Д.А. Экологически чистые и энергоэффективные методы повышения производительности труда в пчеловодстве / Д.А. Овсянников, Н.Г. Хорошунов // Новые технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности с использованием электрофизических факторов и озона. 4-я Российской научн.-практич. Конф. Сб. научн. Трудов.: Ставрополь, 2010 г.
3. Овсянников Д.А. Экологически чистые методы повышения производительности труда в пчеловодстве / Д.А. Овсянников, Н.Г. Хорошунов // Чрезвычайные ситуации: промышленная и экологическая безопасность № 1-2 (4-5) 2010, С. 134-136.
4. Овсянников Д.А. Экспериментальные исследования влияния температуры и влажности меда на начальную скорость вращения центрифуги / Д.А. Овсянников, Н.Г. Хорошунов // Новые технологии в сельском хозяйстве и пищевой промышленности с использованием электрофизических факторов и озона. 4-я Российской научн.-практич. Конф. Сб. научн. Трудов.: Ставрополь, 2010 г.
5. Оськин С.В. Анализ поведения меда в сотах в процессе откачки/ С.В.Оськин, Н.Г. Хорошунов // Физико-технические проблемы создания новых технологий в АПК. 3я Российская научн.-практич. Конф. Сб. научн. Трудов.: Ставрополь, 2005 г.
6. Оськин С.В. Динамика меда в сотах соторамок/ С.В.Оськин, Н.Г. Хорошунов // Физико-технические проблемы создания новых технологий в АПК. 3-я Российская научн.-практич. Конф. Сб. научн. Трудов.: Ставрополь, 2005 г.
7. Оськин С.В. Многоскоростной электропривод центрифуг в пчеловодстве./ С.В. Оськин, Н.Г. Хорошунов// Электромеханические преобразователи энергии «ЭМ-ПЭ- 4». Материалы 3-й межвузовской научно-мет. конф.: Краснодар, 2004, КВАИ.
8. Оськин С.В. Определение функциональной зависимости скорости начала откачки меда от радиуса вращения сота с медом относительно оси вращения барабана/ С.В.Оськин, Н.Г. Хорошунов// Физико-технические проблемы создания новых технологий в АПК. 3-я Российская научн.-практич. Конф. Сб. научн. Трудов.: Ставрополь, 2005 г.
9. Старик Д. Э. Как рассчитать эффективность инвестиций / Д. Э. Старик. - М.: Фин-статинформ, 1996. - 93 с.
10. Туников Г. М. Технология производства и переработки продукции пчеловодства: учебное пособие для студентов высших учебных заведений / Туников Г. М., Кривцов Н. И., Лебедев В. И. и др. - М.: Колосс, 2001. - 176 с.
11. Хорошунов Н.Г. Обоснование частоты вращения центрифуги для откачки меда// Механизация и электрификация сельского хозяйства.№9, 2007, С.40-41.
