Оптимизация параметров рабочих органов и режимов их работы из условия экологичности процесса обработки семенного картофеля

дней при вероятности наступления благоприятных погодных условий в период заготовки P=0,5 с формированием рационального количества технических средств.

По выражению (3) осуществляется оценка эффективности применяемой технологии производства кормов из трав через качественные показатели заготовленного корма, на основании которых формируется рацион кормления животных различных групп.

ВЫВОДЫ

1. Основные критерии оценки показателей производства кормов из трав взаимосвязаны, так как зависят от общих факторов, т.е. изменение одного из критериев приводит к изменению всех остальных. Поэтому для выбора решающего правила оптимизации технологии должна решаться многокритериальная задача.

2. Процессы производства кормов из трав трудноформализуемы и в основном являются случайными процессами, поэтому математические модели получают на основе обработки экспериментальных данных.

3. Наиболее приемлемыми в настоящее время для оценки эффективности технологий производства кормов из трав являются экономические критерии.

4. Оценку эффективности технологического процесса производства кормов следует производить по выходу конечного продукта, получаемого от животного и подлежащего реализации.

5. Расчет, на основании которого производится выбор технологии, наиболее рационального технико-технологического решения из существующих вариантов целесообразно осуществлять на ПК, в связи, с чем была разработана компьютерная программа на базе Microsoft Office Access.

ЛИТЕРАТУРА

1. Заготовка и приготовление кормов в Нечерноземье: Справочник / В.С. Сечкин, Л.А. Сулима, В.П.Белов и др. Л.: Агропромиздат, 1988. 480 с.

2. Попов В.Д., Сухопаров А.И. Информационная и структурная модели управления технологиями в растениеводстве // Вестник РАСХН. 2010. №3. С. 7-8.

3. Растригин Л.А. Система экстремального управления. М.: Наука, 1974. 632 с.

УДК 685.382.2

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ И РЕЖИМОВ ИХ РАБОТЫ ИЗ УСЛОВИЯ ЭКОЛОГИЧНОСТИ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ СЕМЕННОГО КАРТОФЕЛЯ

А.В. МАРТЫНОВ1, ГА. ЛОГИНОВ2

1Санкт-Петербургский государственный аграрный университет (СПбГАУ), г. Санкт-Петербург

Федеральное Государственное бюджетное научное учреждение «Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства - ИАЭП», Санкт-Петербург

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства

Для создания благоприятных условий по требованиям охраны труда, экологической безопасности и снижения расхода протравливающих материалов обработку семенного картофеля необходимо проводить в замкнутом пространстве (камерах). В статье представлена конструкция камеры, которая оборудована наклонными транспортерами, распылителями и вентиляционным отсеком.

В статье приведены результаты оптимизации параметров рабочих органов и режимов их работы. Критерием оптимизации принят коэффициент полноты обработки поверхности клубня Кп. На качество обработки влияют следующие факторы: подача клубней картофеля, угол наклона транспортёрной горки, скорость транспортёрной ленты горки и скорость отсасываемого воздуха из камеры. По экспериментальным данным получены уравнение регрессии, графический анализ и оптимальные значения факторов.

В результате решения задачи оптимизации выяснили, что при подаче картофеля 20 т/с оптимальными являются параметры рабочих органов протравливающей камеры семенного картофеля:

- угол наклона транспортера - 20°;

- линейная скорость транспортера - 0,5 м/сек;

- скорость отсасываемого воздуха из камеры - 2,2 м/сек.

При этом максимальное значение покрытия поверхности клубня картофеля защитно-стимулирующими веществами (ЗСВ) составляет 95,0 - 98,9% и находится в пределах агротехнических требований более 90%.

Ключевые слова: протравливание картофеля; камера; оптимизация, экологическая эффективность.

OPTIMIZATION OF PARAMETERS COMPLIANCE OF SEED POTATO TREATMENT AND OPERATION MODES OF WORK TOOLS TO ENSURE ENVIRONMENTAL

A.V. MARTYNOV1; G.A. LOGINOV2

1Saint Petersburg State Agrarian University, Saint Petersburg;

Federal State Budget Scientific Institution "Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production - IEEP", Saint Petersburg

To create favorable conditions complying with the requirements of labor protection and environmental safety, and to reduce the consumption of the treating agent, the seed potato should be treated in a confined space (chamber). The article presents the design of such a space, which includes an inclined conveyor, sprayers, and a ventilation chamber, and the optimization results of parameters and operation modes of work tools. The adopted optimization criterion is the factor of treatment completeness of the tuber surface. The following factors influence the quality of treatment: supply of potato tubers, the conveyor inclination angle, the conveyor belt speed the and the air suction rate from the chamber. By the experimental data an equation of regression, graphs and optimal values of the factors were obtained. Further optimization resulted in the following parameters of equipment in the seed potato treatment chamber: potato supply of 20t/h, conveyor inclination angle of 20°, the conveyor belt speed of 0.5 m/sec and air-suction rate from the chamber of 2.2 m/sec. In this case the maximal value of covering of potato tubers surface by the protective and stimulating agent was 95.0-98.9% that is within the range of the agro-technical requirements (above 90%).

Keywords: potato treatment; chamber; optimization; environmental efficiency

ВВЕДЕНИЕ

Недобор урожая в результате болезней может достигать 30-50% [1], поэтому протравливание семенного материала является чрезвычайно важным мероприятием. В настоящее время предпосадочная обработка семенного материала проводится в сошниках картофелесажалок форсунками одновременно с посадкой, что не безопасно для экологии и людей, обслуживающих картофелесажалку. Концентрация вредных веществ препарата в воздухе рабочей зоны не контролируется, к тому же расходуется в два-три раза больше ЗСВ, так как клубни в сошнике обрабатываются поштучно.

Нами были проведены исследования проб воздуха в рабочей зоне обслуживающего персонала в момент обработки семенного картофеля ЗСВ в сошниках картофелесажалки. Анализ проб показал, что при использовании препарата Престиж 290 (препарат состоит из двух действующих веществ - имидоклоприда и пенцикурона) содержание в воздухе рабочей

3 3

зоны имидоклоприда составило 265,1 мг/см и пенцикурона - 238,18 мг/см . По требованиям

санитарных правил предельно допустимая концентрация (ПДК) действующих веществ

3 3

Престиж 290 должна составлять не более 0,5 мг/см имедоклоприда и 0,6 мг/см пенцикурона, т.е. концентрация действующих веществ превышала ПДК в 397-530 раз.

Наиболее приемлемо с точки зрения охраны труда обслуживающего персонала, экологической безопасности окружающей среды обработку семенного картофеля производить в камерах. Для повышения качества обработки семенных клубней и снижения протравливающих материалов нами предложена протравливающая камера, которая состоит из наклонного транспортера и 4 - х распылителей, обеспечивающих равномерную плотность потока суспензии на плоскость транспортера. Обратное потоку клубней движение ленты транспортера обеспечивает вращение клубней и равномерное нанесение препарата.

В 2013 году была изготовлена лабораторная установка для протравливания семенного картофеля, проведены опыта в 3 х факторном эксперименте, получены оптимальные значения исследуемых факторов [2].

В 2016 году для обеспечения экологической безопасности протравливающая камера была доработана[3], в конструкцию камеры добавлена вентиляционный отсек для отсоса и фильтрации воздуха загрязнённого ядохимикатами, не попавшими на клубни картофеля. Схема лабораторной установки приведена на (рис. 1).

/ 7 8. Ч 5 6 10

" IL А 2. 3\ 12

Рис. 1. Схема лабораторной установки:

1 - подающий транспортер; 2 - протравливающая камера; 3 - транспортер протравливающей камеры; 4 - привод транспортера; 5 - вентеляционный отсек; 6 -распылители; 7 — шиберная заслонка; 8 - влагоотделитеь; 9 - аэрозольный фильтр; 10 - вентилятор; 11 - бак с насосом-дозатором для приготовления суспензии; 12 - ящик для протравленного картофеля.

Экспериментальные исследования проводились на опытной базе ИАЭП отделом 2 совместно с кафедрой «Безопасности технологических процессов и производств» СПбГАУ.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

В качестве критерия оценки параметров и режимов работы используем коэффициент полноты площади покрытия поверхности клубня (1) Кп, который определяется из выражения:

ТР

КП = 1 - -100%

р

где Кп - коэффициент полноты обработки клубня суспензией ядохимиката %; Р1 -площадь необработанной поверхности клубня, мм ; Р - общая площадь поверхности клубня, мм

Площади обработанной и общей поверхности клубня определялась методом наложения миллиметровки. По агротехническим требованиям (АТТ) этот показатель должен быть не менее 90%.

На качество обработки поверхности клубней картофеля влияют следующие факторы: подача картофеля Q ,т/ч;

гу о

угол наклона транспортера г , ;

линейная скорость транспортерной ленты &, м/сек;

скорость отсасываемого воздуха из камеры @, м/сек.

Информационная модель процесса протравливания имеет вид (рис.2):

Рис. 2. ПК - информационная модель процесса предпосевного протравливания семян

картофеля:

Х1 - подача исходного материала, кг/сек.; Х2 - угол наклона транспортера - град.; Х3 - скорость ленты транспортера, м/сек.; Х4 - скорость отсасываемого воздуха из камеры

м/сек.

Для проведения эксперимента выбрана матрица планирования Бокса-Бенкина, так как она при минимальном количестве опытов даёт математическую модель с минимальной дисперсией отклонения от экспериментальных данных и максимальным охватом точек всего факторного эксперимента [4,5].

Уровни факторов полного 4х факторного эксперимента Бокса-Бенкина представлены в табл. 1.

Таблица 1

Уровни факторов 4х факторного эксперимента Бокса-Бенкина

Подача Угол наклона Скорость Скорость

Факторы клубней картофеля, т/ч транспортерной горки, 0 а 0 транспортерной ленты горки, м/сек 3 отсасываемого воздуха из камеры, м/сек 3

Нижний 10 20 0,5 0,5

уровень

Основной 15 30 1,0 1,5

уровень

Верхний 20 40 1,5 2,2

уровень

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты экспериментов представлены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты экспериментальных исследований по оптимизации параметров рабочих органов

протравливающей камеры и режимов их работы

Обозначения факторов

№ Подача Угол Скорость Скорость Площаь

серий клубней наклона транспортёрной отсасываемого покрытия

опыта картофеля т/ч горки ленты горки м/сек воздуха из камеры клубня

а 0 м/сек

Х1 Х2 Х3 Х4 г %

1 15 40 0,5 1,5 58,9

2 20 30 1,5 1,5 62,5

3 20 30 0,5 1,5 88,3

4 15 30 1 1,5 46,5

5 15 20 1,5 1,5 94,3

6 15 40 1,5 1,5 50,5

7 15 40 1 0,5 59,0

8 10 40 1 1,5 53,5

9 15 20 1 0,5 95,0

10 20 30 1 2,2 86,5

11 20 20 1 1,5 94,2

12 10 30 1 0,5 89,5

13 10 30 1 2,2 86,7

14 20 40 1 1,5 46,0

15 15 20 0,5 1,5 98,9

продолжение табл.2

16 15 30 0,5 0,5 50,0

17 15 30 1 1,5 52,0

18 15 30 0,5 2,2 46,3

19 15 20 1 2,2 93,5

20 15 30 1,5 0,5 47,5

21 10 30 0,5 1,5 91,5

22 10 20 1 1,5 92,4

23 10 30 1,5 1,5 61,5

24 20 30 1 0,5 89,5

25 15 30 1,5 2,2 45,0

26 15 30 1 1,5 43,0

27 15 40 1 2,2 58,0

Обработка экспериментальных данных была выполнена на персональном компьютере с использованием статистического пакета STATGRAPHICS Plus.

В результате обработки данных табл. 2. получили математическую модель полноты покрытия поверхности клубней при обработке защитно-стимулирующими препаратами в камере:

Кп = 47,1667 - 20,2* X2 - 6,05* Хз + 21,7208 * Xi2 + 15,7333 * X22 + 9,77083 * X42.

На рис. 3. представлен график влияния факторов на зависимую переменную. Графический анализ уравнения регрессии позволяет заключить, что наибольшее отрицательное влияние на полноту покрытия поверхности клубней оказывает фактор Х2.

Стандартизированный график Парето для Вар Кп

Фактор Х2 Х,2 Х 22

Х42

Фактор Х3

X з2

XI Х2

1

1 ZD

1 1 1 . ,

11

 1 ] 1 1 .... 1 .... 1

+

Рис. 3. Графический анализ уровня регрессии

На р ис. 4 представлен график, где приведены закономерности влияния факторов на за в и симую п еременную. Факторы Х1, Х3 и Х4 нелинейно влияют на зависимую переменную, фактор Х2 имеет почти линейное влияние и действует сильнее факторов Х1, Х3 и Х 4.

График основных результатов для Кп

п

90 80 70 60 50 40

Фактор Х1 Фактор Х2 Фактор Х3 Фактор Х4

Рис. 4. Влияние факторов на зависимую переменную

Такой анализ позволяет при совместном анализе всех поверхностей и сечений сделать вывод об общем виде исследуемого факторного пространства и расположении возможных экстремумов. Программа STATGRAPHICS Plus позволила также определить оптимальные значения факторов. Приведены результаты решения оптимизационной задачи. Максимум Кп достигается при Xj = 1,0; Х2 = -0,993; Х3 = -0,060; Х4 = 1,0.

ВЫВОДЫ

В результате задачи оптимизации выяснили, что при подаче картофеля 20 т/ч оптимальными являются параметры рабочих органов протравливающей камеры семенного картофеля:

угол наклона транспортера - 20°;

линейная скорость транспортера — 0,5 м/сек.

скорость отсасываемого воздуха из камеры - 2,2 м/сек.

При этом максимальное значение покрытия поверхности клубня картофеля ЗСВ (Престиж 290) составляет 95,0 - 98,9% и находится в пределах агротехнических требований (более 90%). Добавленный в конструкцию камеры аэрозольный фильтр позволил снизить содержание ЗСВ (Престижа 290) в воздухе рабочей зоны обслуживающего персонала до

3 3

допустимых норм (имедоклоприда до 0,36 мг/см и пенцикурона до 0,37 мг/см ), что не превышает допустимого значения ПДК.

ЛИТЕРАТУРА

1. Поспелов С.М, Арсеньева М.В, Груздев Г.С. Защита растений / С.М. Поспелов, М.В. Арсеньева, Г.С. Груздев. - Л.: Колос, 1979 г. - 432 с.

2. Мартынов А.В, Логинов Г.А, Шкрабак Р.В. Оптимизация параметров и режимов рабочих органов для протравливания семенного картофеля. Материалы международного агроэкологического форума. Т. 2 экологические аспекты производства продукции растениеводства, энергообеспечение и информационные технологии в сельском хозяйстве. Санкт - Петербург. 2013 г: ГНУ СЗ НИИМЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ.

3. Патент № 02530991 РФ,МПК А01С1/08 Устройство для протравливания корнеклубнеплодов/Шкрабак В.С., Шкрабак Р.М.,Мартынов А.В.,Логинов Г.А.,Демко П.В.,опубл. 20.10.2014.Бюл.№ 29

4. Хайлис Г.А., Ковалев М.М. Исследования сельскохозяйственной техники и обработка опытных данных /Г.А. Хайлис, М.М. Ковалев. - М.: Колос, 1994 г. - 170 с.

5. Валге А.М, Джабборов, Эвиев В. А. Основы системной обработки экспериментальных данных при провидении исследований по механизации сельскохозяйственного производства с примерами на STATGRAPHICS и EXCEL. Санкт-Петербург - Элиста.2015 г. -137 с.