Разработка технологического процесса и обоснование параметров устройства для изготовления рассадных брикетов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.01, кандидат технических наук Глемба, Вячеслав Константинович

• Глемба, Вячеслав Константинович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Глемба, Вячеслав Константинович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Анализ технологий выращивания рассады.

1.2. Анализ способов и устройств для изготовления брикетов.

1.3. Анализ исследований процесса брикетирования.

1.4. Основные физико-механические свойства смеси перегноя с почвой.,

1.5. Цель и задачи исследований.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ РАССАДНЫХ БРИКЕТОВ.

2.1. Обоснование технологического процесса брикетирования.

2.2. Обоснование параметров рассадных брикетов для обеспечения их устройством при изготовлении.

2.2.1. Зависимость размеров брикета от запаса в нем питательных веществ, необходимых для роста рассады.

2.2.2. Обоснование формы и размеров брикета по замерам корневой системы рассады.

2.2.3. Обоснование прочности брикета.

2.2.3.1. Определение минимально допускаемой прочности рассадного брикета.

2.2.3.2. Взаимосвязь прочности брикета и состава, влажности, плотности рассадного субстрата.

2.3. Разработка математической модели уплотнения рассадного субстрата шнековым рабочим органом в закрытой камере.

2.3.1. Описание процесса уплотнения рассадного субстрата с помощью структурной реологической модели.

2.3.2. Определение зависимости напряжений от параметров технологического процесса и свойств субстрата.

2.3.3. Определение зависимости вращающего момента на валу шнека от параметров технологического процесса, устройства и свойств субстрата.

2.4. Обоснование схемы и основных параметров устройства для брикетирования.

2.5. Выводы по главе.

3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Цель, программа и задачи экспериментальных исследований.

3.2. Условия проведения экспериментальных исследований.

3.3. Приборы, измерительная аппаратура для экспериментальных исследований.

3.4. Разработка и изготовление лабораторной установки устройства.

3.5. Методика определения исходных данных для проектирования экспериментального образца устройства.

3.6. Частные методики.

3.6.1. Методика обоснования формы и размеров брикета по корневой системе рассады готовой к высадке в открытый грунт.

3.6.2. Методика экспериментальных исследований по установлению зависимости прочности брикета от параметров технологического процесса его изготовления.

3.6.3. Методика экспериментальных исследований по проверке математической модели процесса уплотнения субстрата шнековым рабочим органом в закрытой камере.

3.6.4. Методика лабораторных и полевых опытов по выращиванию томатов из брикетной рассады.

3.6.5. Методика определения экономической эффективности разработанного устройства для изготовления рассадных брикетов из смеси перегноя с почвой.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ БРИКЕТОВ.

4.1. Определение зависимости прочности брикета от параметров технологического процесса его изготовления.

4.1.1. Проведение эксперимента.

4.1.2. Обработка результатов эксперимента.

4.2. Экспериментальная проверка теоретических закономерностей процесса уплотнения рассадного субстрата шнековым рабочим органом в закрытой камере.

4.3. Проектирование, изготовление и испытания экспериментального образца устройства.

4.4. Испытания брикетов на прочность.

4.5. Результаты опытов по выращиванию рассады в брикетах.

4.5.1. При разных составах субстрата.

4.5.2. При разных сроках высева семян.

4.6. Результаты опытов по выращиванию томатов в открытом грунте из рассады в брикетах.

4.7. Статистическая обработка результатов опытов по выращиванию томатов из рассады в брикетах.

5. ОБОБЩЕНИЕ И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ, ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ.

5.1. Обобщение и оценка результатов исследований.

5.2. Экономическая эффективность.

5.2.1. Исходные данные для определения эффективности.

5.2.2. Определение экономической эффективности устройства для изготовления рассадных брикетов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологического процесса и обоснование параметров устройства для изготовления рассадных брикетов»

Актуальность темы. В зонах Южного Урала и Северного Казахстана томаты в открытом грунте выращиваются из рассады, однако существующая безгоршечная технология выращивания рассады не позволяет обеспечить население в достаточном количестве местной продукцией. Томаты не успевают созревать на корню из-за короткого лета и их приходится убирать зелеными, что снижает урожайность и качество плодов. Выращивание томатов в открытом грунте из брикетной рассады ускорит созревание плодов на 20.30 суток. Брикеты для рассады необходимо изготавливать из местного питательного субстрата, применяемого овощеводами не одно десятилетие — это смесь перегноя с почвой.

Цель работы — повышение эффективности технологического процесса изготовления рассадных брикетов, позволяющих ускорить созревание и повысить урожайность томатов.

Объект исследования. Технологический процесс изготовления брикетов.

Предмет исследования. Установление взаимосвязей между физико-механическими свойствами субстрата, параметрами технологического процесса и конструкцией устройства.

Научная новизна. Поставлена проблема и выдвинута гипотеза процесса изготовления брикетов из смеси перегноя с почвой. Теоретически и экспериментально обоснованы форма и размеры рассадного брикета. Определена минимально допускаемая прочность брикета, принятая за критерий оптимизации, многофакторным экспериментом установлены оптимальные параметры технологического процесса изготовления брикета. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена зависимость напряжения в брикетируемом субстрате от плотности, влажности и времени формования брикета. Обоснованы основные параметры устройства для изготовления брикетов и разработана методика расчета исходных данных для проектирования экспериментального образца.

Практическая ценность. Разработанное устройство и установленные параметры технологического процесса изготовления рассадных брикетов из смеси перегноя с почвой позволят удовлетворить потребности овощеводов в дешевых, питательных брикетах для выращивания рассады. Плоды томатов, выращенные из брикетной рассады, созревают в среднем на 26 суток раньше, а урожайность увеличивается в 2,6 раза по сравнению безгоршечной рассадой.

Результаты исследований могут быть использованы научно-исследовательскими и конструкторскими организациями при разработке технологий и устройств для изготовления кормовых и топливных брикетов, а также строительного кирпича.

Работа выполнена в соответствии с планом НИР по госбюджетной теме Главного Управления учебных заведений и науки МСХ Республики Казахстан: «Разработать технологию выращивания рассады овощных культур малообъемным способом на различных субстратах», 1993-1996 гг.

Внедрение результатов исследований.

Разработанная технология и экспериментальный образец устройства для изготовления рассадных брикетов внедрен в ПСУ «Зеленстрой» г. Куста-най, а годовой экономический эффект составил 150 млн. руб. (цены 1993 г.).

На предприятии «Ремдортехника» (г. Кустанай) по разработанной конструкторской документации на устройство для брикетирования изготовлен опытный образец для производства топливных брикетов из навоза для сельскохозяйственного предприятия «Диевское» (Кустанайская обл.).

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях Кустанайского СХИ и НПО «Целинсельхозмеханизация» (г. Кустанай, 1993-1997 гг.), Челябинского ГАУ (г. Челябинск, 2002.2003 гг.).

Технология выращивания томатов в открытом грунте из брикетной рассады демонстрировались по Кустанайскому телевидению (г. Кустанай, 1996-1997 гг.).

Заключение диссертации по теме «Технологии и средства механизации сельского хозяйства», Глемба, Вячеслав Константинович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основе анализа работ установлено, что в литературе отсутствуют конкретные рекомендации по размерам, форме, плотности, прочности и составу рассадных брикетов из смеси перегноя с почвой, а также существующие устройства для брикетирования не обеспечивают выполнения агротехнических требований к таким брикетам и не исключают применения ручного труда.

2. Впервые установлены параметры брикетов (патент РК №3657), которые должны обеспечиваться устройством для их изготовления. Они составляют:

- по содержанию питательных элементов в процентах от сухой массы брикета: азот - 0,74.0,90; фосфор - 0,48.0,60; калий - 0,23.0,45; магний -0,18.0,24;

- по форме и размеру: форма куба с размером ребра 80 мм;

- по составу субстрата: перегной - 75 % и почва - 25 %;

- по влажности брикетируемого субстрата: 25.33 %; -по плотности: 648.788 кг/м3;

- по времени изготовления брикета 16.32 с;

- по прочности: минимально допускаемая прочность на сжатие 0,041.0,043 МПа.

3. Обоснована технологическая схема изготовления рассадных брикетов из смеси перегноя с почвой.

4. Разработана математическая модель процесса уплотнения субстрата шнековым рабочим органом в закрытой камере и установлена взаимосвязь вращающего момента на шнеке и технологических параметров изготовления брикетов, физико-механических свойств субстрата и конструктивных параметров устройства (2.54).

5. Впервые обоснованы параметры устройства для брикетирования (патент РК №1382). Для формования блока из трех брикетов размером 250x88x80 мм, они следующие:

- диаметр конического шнека: малый — 250 мм, большой - 502 мм;

- длина шнека - 1200 мм;

- шаг шнека — 200 мм;

- угол подъема винтовой линии шнека — 19,5°; -угол конуса полого корпуса - 12°;

- ширина формовочного транспортера - 250 мм;

- шаг скребков формовочного транспортера - 101,6 мм;

- частота вращения шнека - 14 об/мин.;

- скорость формовочного транспортера 0,093 м/с;

- производительность за один час рабочего времени - 9800 брикетов;

- установленная мощность - 8 кВт.

6. Изучены характеристики брикетов изготовленных на устройстве для брикетирования. Они отвечают агротехническим требованиям и установленным параметрам, которые составляют:

- размеры, с возможностью формования строительного кирпича -88x80x80 мм;

- плотность - 648. .788 кг/м3;

- относительная деформация при падении с высоты двух метров на бетонный пол - не более 0,1;

- прочность на сжатие влажных брикетов после изготовления -0,067.0,077 МПа;

- давление разрушения сухих брикетов - 0,15. .0,20 МПа.

7. Результаты теоретических исследований подтверждены экспериментальными данными. Адекватность модели составляет 0,95.

8. Возделывание томатов в открытом грунте с использованием рекомендуемой технологии и устройства для брикетирования обеспечивает:

- ускорение созревания плодов в среднем на 26 суток раньше, чем при возделывании томатов из безгоршечной рассады;

- повышение урожайности в 2,6 раза по зонам Южного Урала и Северного Казахстана;

- годовой экономический эффект от внедрения устройства для брикетирования 184 тыс. рублей при изготовлении 16 млн. штук рассадных брикетов;

- снижение затрат труда в 1,8 раза по сравнению с серийно выпускаемой машиной ИГТ-10А.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Глемба, Вячеслав Константинович, 2004 год

1. Шаповалов J1.B. Выращиваем рассаду по-новому // Достижения науки и техники. - 1992. - №7.

2. Мацкевич В.В., Лобанов П.П. Сельскохозяйственная энциклопедия. Т.6. -М.: Советская энциклопедия, 1975.

3. Двуреченский В.И. Рекомендации по системе ведения сельского хозяйства. Кустанайская область. Алма-Ата: Кайнар, 1979.

4. Вощенко С.Ф. Овощеводство защищенного грунта. -М.: Колос, 1984.

5. Гаймтис М. Способ подготовки рассады// Картофель и овощи. 1991. -№2.-с. 25.

6. Микаелян Г.А., Прыгункова А.И., Гернев С.А. и др. Технология производства рассады в ячеистых кассетах// Картофель и овощи. 1991. - №2. - с. 25.

7. Шаповалов Л.В. Рассада на конвейере// Картофель и овощи. - 1993. -№1. —с. 42-43.

8. Щепетков Н.Г. Овощеводство Северного Казахстана. Алма-Ата: Кайнар, 1990.-352 с.

9. Андреев Ю.М. Хорошая рассада ранний урожай// Картофель и овощи. -1993.-№1.-с. 17-20.

10. Ю.Гусьев П. Своя рассда // Картофель и овощи. 1993. - №1. - с. 21-22.

11. Международная классификация изобретений. Пятая редакция. Раздел А; В; С. -М.: ВНИИПИНПО «Поиск», 1990.

12. А.С. 406509 (СССР). Брикет для выращивания растений/ Ю.Ю. Берзиньш и др. Опубл. В Б.И., 1973. - №46.

13. А.С. 465765 (СССР). Способ изготовления брикетов для выращивания растений./ Иностранец Одд Мелволд (Норвегия). Опубл. в Б.И., 1975. -№5.

14. А.С. 1546018 (СССР). Способ выращивания растений / Г.Г. Русин и др. -Опубл. в Б.И., 1990. №8. - с. 18.

15. А.С. 1546019 (СССР). Способ выращивания овощных культур/ Г.П. Хлястиков и др. Опубл. в Б.И., 1990. - №8. - с. 18.

16. А.С. 1683560 (СССР). Смесь для субстратных брикетов / A.M. Абрамец. -Опубл. в Б.И., 1991. №38.

17. Машина для изготовления торфоперегнойных горшочков ИГТ-10А. Сельскохозяйственная техника. Каталог ЦНИИТЭМ. М.: 1975. - с. 151.

18. Тайц Е.М., Андреева И.А., Антонова Л.И. Окускованное топливо и адсорбенты на основе бурых углей. М.: Недра, 1985.

19. А.С. 1397309 (СССР). Валклвый пресс для брикетирования / И.И. Петра-ченко и др. Опубл. в Б.И., 1988. - №19.

20. А.С. 1497045 (СССР). Горизонтальный брикетировочный пресс/ Р.П. Джа-вахян и др. Опубл. в Б.И., 1989. - №28.

21. А.С. 1641501 (СССР). Формовочная машина / В.И. Вербицкий, А.В. Ко-нышев. Опубл. в Б.И., 1991. - №14.

22. А.С. 1479326 (СССР). Пресс для брикетирования сыпучих материалов/ А.С. Парфенок и др. Опубл. в Б.И., 1989. - №18.

23. А.С. 1459936 (СССР). Шнековый пресс для отжима жидкости / Ю.А. Заяц и др. Опубл. в Б.И., 1989. - №18.

24. Кошляк B.JL, Калиновский В.В. Производство изделий строительной керамики. М.: Высшая школа, 1990. - с. 84.25.3ыбалов B.C. Основы экологического земледелия. Челябинск: ЮжноУральское кн. Изд-во, Южно-Уральский изд.-торг. дом, 1999. - 144 с.

25. Курдюмов С.В. Теория брикетирования торфа и бурого угля. Тр. Укр-НИИ местной и топливной промышленности. Вып. 8. Киев, 1955.

26. Мельник Е.П. Некоторые вопросы теории и практики брикетирования сенной муки. Тр. ВИЭСХ. Т. VI. М.: 1960.

27. Воронюк Б.А. и др. Физико-механические свойства растений, почв и удобрений. (Методы исследования, приборы, характеристики). — М.: Колос, 1970.-423 с.

28. Доржиев К.И. Совершенствование процесса брикетирования кормосмеси из отходов крупяного производства. Дис. .канд. Техн. наук. Челябинск,1987.-231 с.

29. Святец И.Е. Технологичное использование бурых углей. М.: Недра, 1985.

30. Тайц Е.М., Андреева И.А., Антонов JI.H. Окускованное топливо и адсорбенты на основе бурых углей. - М.: Недра, 1985.

31. Разработать технологию брикетирования бурого угля Кушмурунского месторождения (разрез Приозерный) для хозяйственных нужд Кустанайской области: Отчет о НИР/ Кустанайский СХИ. Руководитель А.Н. Маланьин. Кустанай, 1994. - 46 с.

32. ЗЗ.Особов В.И., Васильев Г.К., Голяновский А.В. Машины и оборудование для уплотнения сено-соломистых материалов. — М.: Машиностроение, 1974.

33. Физико-механические свойства сельскохозяйственных растений как основания для проектирования сельскохозяйственных машин. Тр. лаборатории технологических процессов, ВИСХОМ. М.: ВИСХОМ, 1939. - с. 214.

34. Ковган А.П. Физико-механические свойства почв и растений. Сб. тр. ВИСХОМ. М.: ЦНТИ по автоматизации в машиностроении при Госплане СССР, 1963.-с. 148.

35. Разработать технологию выращивания рассады овощных культур малообъемным способом на различных субстратах: Отчет о НИР/ Кустанайский СХИ. Руководитель А.Н. Маланьин. Кустанай, 1993. - 45 с.

36. Пережогин М.А. Исследование процессов брикетирования грубых кормов. Дис. .канд. техн. наук. — Челябинск, 1963. 166 с.

37. Федяев В.И., Рудой М.З. Брикетирование кормов. М.: ЦИНТИ Госкомза-га, 1964.-с. 48.39.0собов В.И. Машины для брикетирования растительных материалов. — М.: Машиностроение, 1971.-е. 112.

38. Кучинкас З.М., Особов В.И., Фрегер Ю.Л. Оборудование для сушки, гранулирования и брикетирования кормов. М.: Агропромиздат, 1988. - 208 с.41.0собов В.И., Норейко В.Г. Упруго-вязкие свойства грубых кормов. Тр. ВНИИКОМЖ. М.: 1983.

39. Почвы и растительность. Челябинская область// Уральский перекресток. — 2001.-№1.-с. 54-56.

40. Вашкявичюс А.А. Исследование процесса брикетирования травяной резки искусственной сушки на кольцевом прессе и обоснование основных параметров пресса. Автореф. канд. дис. Минск: 1977.

41. Лазановская И.Н., Орлов Д.С., Попов П.Д. Теория и практика использования органических удобрений. М.: Агропромиздат, 1987.-е. 20.

42. ГОСТ 24701-81. Торф. Методы определения плотности.

43. Алферов С.А. Закономерности при сжатии соломы// Сельхозмашина. — 1957.-№3.

44. Васильев Ю.А. Исследование закономерностей процесса уплотнения соломы в камерах различных сечений. Дисс.канд. техн. Наук. Челябинск, 1969.-188 с.

45. Хархута Н.Я., Иевлев В.М. Реологические свойства грунтов. — М.: Автотранспорт, 1961.

46. Разработать технологию выращивания рассады овощных культур на брикетах из органоминеральных смесей. Отчет о НИР/ Кустанайский СХИ. Руководитель А.Н. Маланьин. — Кустанай, 1994. — 26 с.

47. Казаченко А.Б., Барт Ю.Я., Рубцов А.А. Основы сопротивления материалов для чертежников-конструкторов.— М.: Машиностроение, 1984. — 224 с.

48. Храпач Е.И. Теоретические и экспериментальные исследования соломо-прессадля комбайна. Диссертация. — Харьков, 1956.

49. Pickard G.E., Roll W.M., Romser I.H. Fundamentals of hay wafering. Trans. ASAE, 1961. -№1.

50. ГОСТ 12248-96. Грунты. Методы лабораторгного определения характеристик прочности и деформируемости. — М.: ИПК Изд-во стандартов, 1997. — 98 с.

51. Предварительный патент 1382 (Республика Казахстан). Устройство длябрикетирования/ В.К. Глемба и др. Опубл. в Б.И., 1994, №4. - с. 60.

52. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и разработки опытных данных. М.: Колос, 1973. — 199 с.

53. ГОСТ 20915-75. Сельскохозяйственная техника. Методы определения условий испытаний. — М.: Изд-во стандартов, 1986.Кепель А.В. Брикетирование бурого угля. Перевод с немецкого. М.: Углетехиздат, 1957.

54. ГОСТ 21289-75 ГОСТ 21291-75. Брикеты угольные. Методы физических испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1986. - 9 с.

55. ГОСТ 23513-79. Брикеты и гранулы кормовые. Технические условия. -М.: Изд-во стандартов, 1979. 5 с.

56. ГОСТ Р 15.201-2000. Система разработки и постановки продукции на производство. Продукция производственно-технического назначения. -М.: ИПК Изд-во стандартов, 2001. — 10 с.

57. Ловкие З.В. и др. Гидравлика и гидравлические машины. М.: Колос, 1995.-е. 303.

58. Серебрянский М.И. Перевозка и подъемно-транспортные средства в сельском хозяйстве. Перевод с немецкого. М.: Колос, 1978.

59. Львовский Е.Н. Статистическиеиметоды построения эмпирических формул. М.: Высш. шк., 1988. - 239 с.

60. Кальбергенов Г.Е. Физика в таблицах и схемах. М.: Л., 1996. — 111 с.

61. Чернавский С.А. и др. Проектирование механических передач. М.: Машиностроение, 1984. с. 23.

62. ГОСТ 12570-98. Сахар. Метод определения влаги и сухих веществ. М.: ИПК Изд-во стандартов, 1995, - 3 с.

63. Методические указания. Методика выбора и оптимизации контролируемых параметров технологических процессов. РДМУ 109-77. М.: Изд-во стандартов, 1978.-63 с.

64. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Агропромиздат, 1985. - с. 351.

65. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. М.: МСХРФ, 1998. - 219 с.

66. Венецкий И.Г. и Кильдишев Г.С. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Статистика, 1975. - 264 с.

67. Предварительный патент 1322 (Республика Казахстан). Способ переработки помета/ В.К. Глемба и др. Опубл. в Б.И., 1994. - №4. - с. 54.

68. Предварительный патент 3657. (Республика Казахстан). Способ выращивания овощных культур/ В.К. Глемба и др. Опубл. в Б.И., 1996. - №3.

69. Глемба В.К., Маланьин А.Н., Глемба К.В. Брикетирование органо-содержащих сельскохозяйственных и промышленных отходов с целью повышения плодородия почв. — Всероссийский научно-технический семинар. Тезисы докладов. Оренбург: 1994. - с. 35-37.

70. Маланьин А.Н., Глемба В.К., Глемба К.В. Технология выращивания томатов на брикетах. В сбор.: Среда и жизнедеятельность. Кустанайская область Республики Казахстан. Кустанай: Кустанайский печатный двор, 1994.-с. 137.

71. Глемба В.К., Маланьин А.Н., Глемба К.В. Технология производства брикетов для выращивания рассады овощей. В сбор.: Среда и жизнедеятельность. Кустанайская область Республики Казахстан. Кустанай: Кустанайский печатный двор, 1994. — с. 210.

72. Глемба В.К., Маланьин А.Н., Глемба К.В. Устройство для брикетирования. В сбор.: Среда и жизнедеятельность. Кустанайская область Республики Казахстан. — Кустанай: Кустанайский печатный двор, 1994. — с. 219.

73. Маланьин А.Н., Глемба В.К., Глемба К.В. Новая технология выращивания рассады. Информационный листок №95-94. - Акмола: Акмолинский ЦНТИ, 1994.-4 с.

74. Маланьин А.Н., Глемба В.К., Глемба К.В. Устройство для брикетирования отходов животноводства. — Информационный листок №95-94. Акмола: Акмолинский ЦНТИ, 1994. - 4 с.

75. Предварительный патент 4905 (Республика Казахстан). Способ приготовления корма для дождевых червей/ В.К. Глемба и др. — Опубл. в Б.И., 1997.-№3.

76. Предварительный патент 3945 (Республика Казахстан). Способ выращивания томатов из пасынков/ В.К. Глемба и др. Опубл. в Б.И., 1996. - №4.