Международная академия аграрного образования костанайский филиал маао

9 
 
 
 
көрсетілген.  Зертханалық-өндірістік  сынақтар  нәтижелері  бойынша  нориянын  онтайлы  негізделген 
қозғалмалы жылдамдығы астықтын жарақат алуы минимальді. 
В  статье,  описаны  зависимости,  позволяющие  определить  допускаемые  значения  давления, 
возникающего в зоне контакта кромки ковша нории НЦ-100 с зерновкой пшеницы сорта «Лютесценс-32». По 
результатам  лабораторно-производственных  испытаний  обоснована  оптимальная  скорость  движения  ленты 
нории при минимальном травмировании зерна.  
In the article, dependences, allowing to  define the assumedvalues pressures, are described, arising up in a 
zone contact of edge of scoop of noria of NS- 100 with the  weevil of  wheat of sort of «Lutestens-32». On results 
laboratory-productivetests the optimal rate of movement of ribbon of noria isreasonable at the minimum injuring of 
grain. 
 
Приоритетное значение зернового производства в Республике Казахстан и других 
странах СНГ определяется его социальной значимостью в решении проблемы надежного 
обеспечения населения продовольствием, а отрасли животноводства кормами.  
На  современном  этапе  послеуборочной  обработки  зерновых  культур  трудно 
получить  качественное  зерно  из-за  наличия  макро-  и  микроповреждений  зерновок.  В 
работах  Чазова  С.А.,  Тарасенко  А.П.,  Цариковской  А.Я.,  Черного  А.С.  и  др.  ученых 
установлено,  что  основными  источниками  повреждения  зерна  при  послеуборочной 
обработке являются ковшовые элеваторы [1-3]. Поэтому, при совершенствовании старых 
или  создании  новых  конструкций  элеваторов  ковшового  типа  (норий),  необходимо 
использовать  наиболее  оптимальные  условия  и  режимы  работы,  способствующие 
снижению механических повреждений зерна.  
В технологической схеме работы нории можно выделить  пять характерных зон, в 
которых происходит повреждение зерна (рис. 1). 
В 

-й  зоне  повреждение  зерна  происходит  в  результате:  удара  кромок  ковша  при 
входе в слой зернового материала при загрузке в башмаке нории и трения, возникающего 
от  взаимодействия  ковша  с  зерном.  Степень  травмирования  зерна  в  зоне 

  можно 
определить,  используя  предлагаемое  нами  моделирование  травмирование  зерна  ковшом 
нории в башмаке при загрузке [4]. 
 
Рис. 1 - Зоны травмирования зерна в ковшовом элеваторе (нории): 

 - башмак; 

 - рабочая ветвь нории; 

 - верхняя головка нории в месте перехода 
ковшей с прямолинейного движения в криволинейное; ІV – верхняя головка нории в месте 
разгрузки ковшей; V – холостая ветвь нории; 1 – тяговая лента; 2- ковши; 3, 4 – верхний и 
нижний барабаны; 5 – кожух нории; 6 – загрузочный лоток. 
 
* 

10 
 
 
 
Рассмотрим  процесс  зачерпывания  зерна  ковшом  в  башмаке  нории,  зона  I.  При 
зачерпывании  зерна  из  башмака  ковши  нории  вступают  в  непосредственное 
взаимодействие с зерновым материалом. Это взаимодействие выражается ударом ковшей 
о зерновую массу и трением, возникающем при прохождении ковшей сквозь слой зерна. 
Рассмотрим момент удара ковша при входе в слой зернового материала. Ковш массой  m  
перемещается со скоростью  V.  
Для  анализа  приняли  следующие  допущения:  ковш  расположен  в  вертикальном 
положении,  слой  зерна  равномерно  касается  всего  периметра  ковша;  трением  в  зоне 
контакта  ковша  со  слоем  зерна  пренебрегаем.  Тогда  кинетическая  энергия  Т    ковша  в 
момент удара о слой зерна: 
2
2
mV
Т

 
 
 
 
 
 
(1) 
где m – приведенная масса ковша, кг; 
      V - скорость движения ковша, м/с.  
Эта энергия преобразуется в работу деформации А слоя зерна: 



F
А
 
 
 
 
 
 
(2) 
где F – сила удара ковша по слою зерна, Н; 
      δ – деформация слоя зерна при ударе, м; 
Следовательно,  



F
mV
2
2
    
 
 
 
 
(3) 
Выразим силу удара ковша о зерно произведением давления q на площадь контакта 
ковша с поверхностью слоя зерна, S ( S = 
h
l

): 
h
l
q
F



 
 
 
 
 
 
(4) 
После подстановки (4) в выражение (3), получим: 





h
l
q
mV
2
2
 
 
 
 
 
(5) 
Из выражения (5) находим давление, возникающее в зерновом материале при ударе 
ковша: 
 
 
 
 
q
S
F
h
l
mV
q







2
2
  
 
 
 
(6) 
где  [q]  –  допускаемое  давление,  при  котором  начинается  разрушение  зерновки, 
Н/м
2
. 
Так как зерновки имеют разные линейные размеры и ориентировку в пространстве, 
то мы вводим коэффициент k
ф
, учитывающий форму зерновок и их ориентацию, который 
установлен  на  основании  экспериментальных  исследований  сортировки  продукта  после 
выгрузки (4…15% зерновок имели механические повреждения); k
ф
 = 0,85…0,96. 
Тогда сила удара ковша о зерновой материал будет равна: 
  
 
 
 

2
2
mV
F

·k
ф
   
 
 
 
(7) 
Моделирование процесса загрузки ковша зерном в башмаке нории с вероятностью 
0,9-0,93  отображает  реальный  процесс.  Травмирование  зерна  происходит  из-за  того,  что 
давление, возникающее в зоне контакта кромок ковша с зерновым материалом, превышает 
допускаемые  значения  и  его  можно  уменьшить,  изменив  скорость  движения  ковшей 
нории.  Для  проведения  исследований  по  общей  методике  была  изготовлена 
экспериментальная  установка,  моделирующая  травмирование  зерна  рабочим  органом 
нории - ковшом (рис. 2).  
** 
 

11 
 
 
 
В данной методике исследовалась зависимость степени травмирования зерна у, % 
от факторов: влажность пшеницы, (%); скорость падения груза, (м/с); высота слоя зерна в 
сосуде  1,  (м).  Для  реализации  эксперимента  выбран  симметричный  некомпозиционный 
план Бокса - Бенкина для 3-х факторов, варьируемых на 3-х уровнях [5].  
Исследования  по  общей  методике  проводили  следующим  образом.  В  сосуд 
цилиндрической формы, имитирующий башмак нории, диаметром 0,04 м и высотой 0,06 м 
с  жесткими  стенками  (далее  сосуд  1)  засыпали  зерно.  Для  испытаний  зерно  пшеницы 
тщательно отбирали – не допускалось зерно, имеющее повреждения. Экспериментальные 
исследования проводили на пшенице сорта «Лютесценс-32». Засыпку производили струей 
с  высоты  0,05  м  от  верхнего  края  сосуда  1  на  высоту  0,015  –  0,025  м  (высоту  слоя 
засыпанного зерна определяли по мерной шкале, нанесенной на сосуд 1). Затем в сосуд 1 
помещался  другой  сосуд  цилиндрической  формы  диаметром  0,038  м  и  высотой  0,04  м с 
толщиной стенок 0,002 м (далее сосуд 2), который имитировал ковш. 
 
 
Рис. 2 - Схема моделирования травмирования зерна на лабораторной 
установке 
 
При  ударе  ковша  зерновой  материал  испытывает  динамическую  нагрузку,  для 
этого с высоты 0,25 м на сосуд 2 имитирующий ковш сбрасывали разновесы. Количество 
поврежденного  зерна  определяли  методом  двойного  окрашивания.  Высоту  от  ровной 
поверхности  (например,  стола)  до  верхнего  края  сосуда  2  измеряли  штангенрейсмассом 
ШР-М 250 до и после падения груза и по разнице высот вычисляли δ (деформацию слоя 
зерна при ударе, м). Из выражений (6) и (7) определяли давление  q, возникающее в слое 
зернового материала при соударении с кромкой ковша.  
В результате математической обработки экспериментальных данных по программе 
MathCAD11  получены  предельные  значения  степени  травмирования  зерна:  минимальное 
количество поврежденных зерен составляет 3,176 %, максимальное 4,30%. 
На  основании  полученных  данных,  обоснована  оптимальная  скорость  движения 
ленты ковшового элеватора, которая составляет 1,72-2 м/с. При этом травмирование зерна 
минимально и составляет 3,18%. Даны рекомендации, которые внедрены в ТОО «Иволга – 
элеватор» и ТОО «Минбаг». 
 
 
 

12 
 
 
 
Список литературы 
 
1. Чазов С.А. Факторы, способствующие травмированию семян зерновых культур.- 
Труды Свердловского СХИ, 1972.- том 26.- С.101-105.  
2.  Цариковская  А.Я.  Влияние  выравненности  посевного  материала  зерновых 
культур на урожай и качество зерна. Автореф. дис. …канд. техн. наук. – Москва, 1972.  
3.  Черный  А.С.,  Климок  А.И.  Исследование  технологических  и  конструктивных 
параметров транспортирующих и сепарирующих рабочих органов. - Челябинск, 1972.  
4.  Тарасенко  А.П.  Снижение  травмирования  семян  при  уборке  и  послеуборочной 
обработке.- Воронеж, 2003.- С. 331. 
5.  Новик  Ф.С.  Оптимизация  процессов  технологии  металлов  методами 
планирования экспериментов. - М.: Машиностроение, 1980. – С.237. 
 
 
УДК: 631.371(470.56) 
ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ БИОГАЗОВЫХ 
УСТАНОВОК НА ТЕРРИТОРИИ ОРЕНБУРГСКОЙ 
ОБЛАСТИ В ЗИМНИЙ И ЛЕТНИЙ ПЕРИОДЫ. 
 
Бибарсов В.Ю., к.с/х.н., доцент;  
Абдуллин М.А., аспирант;  
ФГБОУ ВО Оренбургский ГАУ 
 
Осы  мақалада  қозғалған  негізгі  мәселе  пайдалану,  биогаз  қондырғылары  отандық  ауыл 
шаруашылығында.  Қаралды  тән  ерекшеліктері  пайдалану,  биогаз  қондырғыларының  қысқы  және  жазғы 
кезеңдерде. Талдау жасалып шығу биогаз екі өндірістік тәулікке қаңтар және шілде. 
В данной статье затронута основная проблема эксплуатации биогазовых установок в отечественном 
сельском хозяйстве. Рассмотрены характерные особенности использования биогазовых установок в зимний 
и летний периоды. Сделан анализ выхода биогаза по двум производственным суткам января и июля. 
In this article, the main problem affected by the operation of biogas plants in the domestic agriculture. The 
characteristic features of the use of biogas plants in the winter and summer periods. The analysis of the biogas yield 
on two productive days of January and July. 
 
Реализация  биогазовых  проектов  –  это  эффективное  экологически  безопасное 
удаление  отходов  и  в  то  же  время  создание  значительного  количества  энергии  с 
уменьшением  выбросов  углерода  в  атмосферу.  Производство  и  широкое  применение 
биогаза  может  предложить  ряд  преимуществ  не  только  в  вопросах  экологии,  но  и 
экономики. Увеличение использования биогаза включено в национальные экологические 
и  энергетические  программы,  действующие  в  целях  сокращения  соответствующих 
выбросов метана и получения альтернативного источника энергии [1]. 
Проблема  отходов  сельского  хозяйства  является  серьёзным  вопросом  в 
Оренбургской области и Российской Федерации. Использование их в качестве основы для 
производства  биогаза  и  органических  удобрений  может  быть  эффективной  мерой  для 
улучшения  управления  отходами  сельскохозяйственных  животных,  а  так  же  пищевой  и 
перерабатывающей промышленности. Проблема эффективной утилизации и переработки 
биоотходов  должна иметь  особый  приоритет.  По  данным  министерства  сельского 
хозяйства  в  Оренбургской  области    на  2013  год  имелось  645  тыс.  голов  КРС,  что 
ежедневно составляет 15 тыс. тонн органических отходов [2,3]. Это эквивалентно выбросу 
в атмосферу 900 тыс. кубов метана (см.табл.1).  
 
 

13 
 
 
 
Таблица 1 - Поголовье скота по категориям хозяйств, тыс. голов. 
Год: 
2008 
2009 
2010 
2011 
2012 
2013 
Крупный рогатый скот: 
695,7 
701,6 
651,4 
655,4 
638,4 
645 
Сельхозорганизации 
350,5 
342,7 
331,1 
318,1 
300,3 
294 
Хозяйства населения 
315,8 
327,5 
285,1 
297,7 
292,5 
298,8 
Фермерские хозяйства 
29,4 
31,4 
35,3 
39,6 
45,6 
52,2 
Из него коровы: 
304,2 
309,1 
287,4 
289,3 
281,9 
284 
Сельхозорганизации 
128,6 
126,2 
124,1 
120,9 
113,8 
108,5 
Хозяйства населения 
164 
170,9 
148,2 
151,9 
149,4 
153,5 
Фермерские хозяйства 
11,6 
12 
15,1 
16,5 
18,7 
22,2 
 
Метановый  газ  является  более  сильным  парниковым  газом,  чем  углекислый  газ. 
Если  степень  воздействия  углекислого  газа  на  климат  условно  принять  за  единицу,  то 
парниковая активность того же молярного объема метана в 25 раз выше. Метан приводит 
к  разрушению  озонового  слоя,  вследствие  чего  происходит  парниковый  эффект  и 
глобальное потепление. 
Для эксплуатации биогазовых установок в нашем регионе характерна суровая зима. 
В  условиях  сурового  климата  для  большей  части  территории  нашей  страны  возникает 
проблема в утеплении биореактора биогазовых установок. А это дополнительные расходы 
на  дорогостоящие  материалы,  которые  порой  могут  занять  значительную  часть 
финансовых  затрат.  В  условиях  экономической  нестабильности  и  ряда  других  факторов 
данная проблема может сыграть значительную роль в преодолении барьера, не дающего 
старт в развитии биогазовых технологий в РФ и Оренбургской области в частности. Но, не 
смотря  на  это,  в  2012  году  предприятие  ООО  «Комплексные  системы  утилизации» 
запустило  первую  и  пока  единственную  экспериментальную  биогазовую  установку  в 
нашей  области.  Для  решения  проблем  связанных  с  условиями  эксплуатации  биогазовых 
установок  в  зимний  период,  организация  расположила  биореактор  (ферментер)  внутри 
помещения  с  комнатной  температурой  (см.  рис.1).  Это  позволило  им  сократить  расходы 
на  утепляющие  материалы  и  на  подогрев  биомассы,  создав  наиболее  благоприятные 
условия  для  метанобактерий,  работающих  в  термофильном  режиме,  т.е.  с  температурой 
53С° [4]. 
 
 
Рис.1 Биореактор, расположенный внутри помещения, комплекса  
по переработке отходов и генерации биогаза «Самородово» 
 
Основным  направлением  производственной  деятельности  организации  является 
утилизация  органических  отходов  животноводства  и  растениеводства,  а  так  же 

14 
 
 
 
производство  органических  удобрений  и  получение  биогаза.  На  балансе  предприятия 
имеется  все  необходимые  составные  части  биогазовой  установки  и  в  том  числе 
биореактор  объемом  25  м
³,  который  расположен  внутри  старого  производственного 
здания в п. Самородово, в 30 км от г. Оренбург. Во время производственной деятельности 
предприятие «КомплеСУ» успешно прозимовало четыре зимних периода, три из которых 
выдались  суровыми.  Тем  самым  доказав  на  практике  о  возможности  эксплуатации 
биогазовых  установок  в  нашем  регионе.  В  самом  начале  работы  были  сформированы 
основные нормативные документы, инструкции, правила техники безопасности и графики 
посменного дежурства  операторов. Все работы связанные с производством заносились в 
журнал  операторами.  В  журнале  операторов  БГУ  фиксируются  основные  показатели: 
суточный  выход  биогаза,  состав  и  количество,  загружаемого  в  биореактор  сырья  из 
биомассы,  температура  и  уровень  водорода  биомассы  внутри  реактора,  графики 
производимых  слива  перебродившей  биомассы  и  залива  нового  сырья  в  реактор  (см. 
рис.2).  Была  выявлена  зависимость  выхода  биогаза  от  изменения  температуры 
окружающей среды.  
 
 
Рис.2 – Журнал операторов БГУ 
 
Для сравнительного анализа были взяты самый холодный месяц – январь и самый 
жаркий  месяц  -  июль.  Пользуясь  данными  полученными  из  журнала  операторов,  были 
построены соответствующие графики зависимости выхода биогаза от окружающей среды. 
Как  показывает  зависимость  выход  биогаза  в  среднем  в  1,5  раза  выше  в  летний  период 
чем  в  зимний  (см.  рис.3,4).  Это  связано  в  первую  очередь  с  понижением  температуры 
окружающей среды и загрузкой в ферментер более холодного биосырья, находящегося в 
резервуаре  (колодце)  предварительного  гидролизного  брожения.  Для  решения  этой 

15 
 
 
 
проблемы были предприняты действия на подержание температуры биомассы в колодце: 
искусственный  обогрев  колодца  водяным  отоплением  и  использование  утеплительных 
материалов. 
 
Рис. 3 - График выхода биогаза за июль 2013г. 
0
10
20
30
40
50
60
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Вых
од
 га
за
, м3
\с
ут
Дата
Январь
 
Рис. 4 - График выхода биогаза за январь 2013г. 
 
Помимо  прочего  организация  «Комплексные  системы  утилизации»  занимается 
утилем  просроченных  продуктов  питания  из  городских  сетевых  компаний.  А  это 
дополнительный  плюс  для  питания  бактерий  и  соответственно  повышения  выхода 
биогаза. Ведь необходимые для процесса метанообразования белки, жиры и углеводы как 
раз таки содержатся в молочных, хлебобулочных, мясных продуктах, а так же в овощах и 
фруктах (см.табл.2,3). Для более конкретного анализа и подтверждения предварительной 
гипотезы  были  взяты  два  дня,  в  которые  в  реактор  загружалось  наиболее  схожее  по 
составу биосырье (см. табл.4).  
В итоге проделанного анализа выход биогаза в процентном соотношении 11.07.13 
на  17,5%  выше  чем  08.01.13.  Хотя  составы  загружаемого  биосырья  были  подобраны 
наиболее схожими.  
40*100/48,5=82,5%; 100-82,5=17,5% 
При  этом  было  отмечено,  что  качество  газа  по  содержанию  метана  снижается  с 
увеличением выхода биогаза. Данный факт необходим более глубокому обследованию. 
 

16 
 
 
 
 
Таблица 2 – Состав сырья за июль 2013г. 
загрузка 
количество 
единица измерения 
белки, кг 
жиры, кг 
углеводы, кг 
Молоко 
850 
л 
24,65 
30,6 
39,95 
Вода 
6850 
л 
0 
0 
0 
Опилки 
1600 
Кг 
20,8 
4 
800 
Мясо 
6150 
Кг 
1230 
922,5 
0 
Рыба 
400 
Кг 
60 
20 
0 
Навоз (КРС) 
37400 
Кг 
374 
374 
374 
Кисломолочные продукты 
540 
л 
5,4 
5,4 
216 
Оксид железа 
0 
Кг 
0 
0 
0 
Всего: 
 
 
1714,85 
1356,5 
1429,95 
 
Таблица 3 – Состав сырья за январь 2013г. 
загрузка 
количество  единица измерения 
белки, кг 
жиры, кг 
углеводы, кг 
Молоко 
380 
л 
11,02 
13,68 
17,86 
Вода 
5300 
Л 
0 
0 
0 
Опилки 
560 
Кг 
7,28 
1,4 
280 
Мясо 
3100 
Кг 
620 
465 
0 
Рыба 
0 
Кг 
0 
0 
0 
Навоз (КРС) 
22340 
Кг 
223,4 
223,4 
223,4 
Кисломолочные продукты 
530 
л 
15,9 
13,25 
26,5 
Оксид железа 
0 
Кг 
0 
0 
0 
Всего: 
 
 
877,6 
716,73 
547,76 
 
Таблица  4  –  Сравнительный  анализ  выхода  биогаза  за  сутки  в  зимний  и  летний 
периоды. 
Дата 
08.01.13 
11.07.13 
Молоко, л 
0 
0 
Кисломолочные продукты, л 
40 
40 
Опилки, кг 
50 
50 
Мясо, кг 
300 
200 
Рыба, кг 
0 
0 
Навоз (КРС), кг 
1000 
1100 
Вода, л 
400 
300 
Оксид железа, кг 
0 
0 
Выход биогаза за сутки, м
³ 
40,3 
48,5 
Содержание метана, % 
65 
62,8 
 
Таким  образом,  эксплуатация  биогазовых  установок  в  различных  регионах  РФ 
напрямую  зависит  от  климата.  Основные  черты  климата  Оренбургской  области 
определяются  ее  удаленностью  от  океана,  поэтому  здесь  ярко  выражен 
континентальный климат.  Одним  из  показателей  континентальности  климата  области 
является  большая  годовая  амплитуда  температур  воздуха,  т.е.  разность  между  средними 
температурами  самого  холодного  и  самого  теплого  месяцев,  равная  36  —  37°.  Если 
жаркое летнее время только способствуют увеличению показателей по выходу биогаза, то 
в  зимний  период  с  понижением  температуры  происходит  только  лишь  падение  выхода. 
Данная  проблема  является  одной  из  основных  в  развитии  биогазовых  технологий  в 
России. Проблема нуждается в детальном изучении и предложениях для ее решения, т.к. 
использование  биогазовых  установок  в  сельском  хозяйстве  может  способствовать 
развитию аграрного комплекса. Так же энергетический кризис, глобальные экологические 
проблемы, истощение ископаемых запасов топлива во всем мире и повышение спроса на 
электроэнергию заставляют нас задуматься о решениях своей будущей безопасности [5]. 

17 
 
 
 
 

жүктеу/скачать 8,05 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: