ПОКАЗАТЕЛЯМ
Совокупные затраты энергии
Сравнительную оценку эффективного внедрения в сельскохозяйственное производство ресурсосберегающих технологий, производительных и экономичных машин и агрегатов проводят по эксплуатационным и приведенным затратам, расходу топлива, затратам труда и другим показателям, исчисляемым в денежном выражении.
В настоящее время [34] начинает применяться оценка затрат энергии на производство продукции и её энергоёмкости в показателях работы в джоулях (1 Дж = Нм) или в мегаджоулях (1МДж = 106 Дж).
Энергетический критерий в отличие от стоимостного не зависит от политики ценообразования и конъюнктуры рынка. При этом энергозатраты на производство продукции и её энергосодержание выражается в одних единицах – МДж.
В литературных источниках энергию выражают в различных физических единицах. Ниже приведены соотношения некоторых единиц энергии:
1 кВт∙ч = 103 Вт·ч = 103·1Вт·3600с = 3,6·106 Дж = 3,6 МДж;
1 л.с. = 0,736 кВт, 1л.с.·ч = 0,736 Вт ·3,6 МДж = 2,65 МДж;
1 кал = 4,19 Дж, 1 ккал = 4,19 кДж = 4,19·103 МДж;
1 кг д.т. (дизельного топлива) ≈ 42,5 МДж;
1 кг а.б. (автомобильного бензина) ≈ 43,9 МДж;
1 кг у.т. (условного топлива) = 7000 ккал = 29,33 МДж.
Ресурсосберегающие технологии, выполняемые в сельскохозяйственном производстве, оценивают по общим (совокупным) затратам энергии, отнесённым к единице обработанной площади (МДж/га) или к единице массы полученной продукции (МДж/т).
Совокупные затраты энергии выражают суммой составляющих
Е = Ер+Ео+Еж+Ем+Епр, (12.1)
где Ер – энергозатраты на рабочий процесс машин;
Ео – овеществлённые затраты энергии на семена, консерванты, удобрения, химикаты, воду;
Еж – энергозатраты живого труда трактористов, водителей, комбайнеров и вспомогательных рабочих;
Ем – энергия, потребная на производство и обслуживание машин и оборудования;
Епр – затраты энергии на использование траншей, жилых, производственных, подсобных помещений и пр.
По этим энергозатратам сравнивают технологии, агрегаты и машины. При выполнении дипломных проектов по величине совокупных затрат энергий Е оценивают эффективность проектируемых технологий (объектов), сравнивая их с аналогами.
Рассмотрим составляющие совокупных затрат.
12.1.1 Затраты энергии на рабочий процесс. Энергию Ер находят по сумме затрат: энергии Ек на перекатывание мобильных агрегатов, самоходных комбайнов, автомобилей и др. машин, энергии Ехх на холостой ход и энергии Етп на технологический процесс, т.е.
Ер = Ек+Ехх+Етп. (12.2)
12.1.2. Энергозатраты Ек на перекатывание машин равны произведению силы Рк, необходимой для перекатывания машин, и пути l1 или l2.
, или
, (12.3)
где l1 – путь, проходимый машиной при обработке 1 га площади поля, м;
l2 – путь машин при уборке урожая, внесении удобрений, химикатов, семян и т.д., м;
А – урожайность, т/га.
Так как l1 = 10000/В, а l2 = 10000/ВА, то
, или
, (12.4)
где В – ширина захвата агрегата, м.
– коэффициент сопротивления перекатыванию при движении машины;
– масса агрегата, равная сумме масс трактора, сцепки и рабочей машины, кг.
С учетом КПД двигателя, трансмиссии и потери на буксование энергозатраты на перекатывание будут равны:
(12.5)
(12.6)
где
– коэффициент сопротивления перекатыванию при движении машины (приложение 12);
– масса агрегата, равная сумме масс трактора и машины, кг;
– масса объёмов, транспортируемых в машине при выполнении её работы (семена, удобрения, химикаты и др.), кг;
– коэффициент, учитывающий долю холостых ходов (
=0,04…0,25);
В – ширина захвата агрегата, м.
Величина коэффициента сопротивления перекатыванию
зависит от состояния поля, влажности почвы, конструкции машины и др. факторов [15].
Массу определяют по формуле
, (12.7)
где
– коэффициент, учитывающий заполнение бункеров,
;
– плотность объектов, т/м3 [17];
– вместимость бункеров для зерна, овощей, кормов, удобрений и др., м3.
Эффективный КПД дизельных двигателей
, а карбюраторных –
. КПД механической передачи энергии от двигателя на движитель
. Коэффициент буксования тракторов
, а самоходных комбайнов
. Более высокие значения коэффициента
соответствуют работе на увлажненных, суглинистых почвах и при движении по вспаханному полю.
12.1.3 Энергозатраты Ехх на холостой ход рабочих органов машин. Их учитывают для агрегатов с приводом рабочих органов от вала отбора мощности (ВОМ) тракторов, а также для самоходных комбайнов, сушилок, зерноочистительных и других машин.
Энергозатраты Ехх зависят от ширины захвата машины В и от её номинальной пропускной способности 
, (12.8)
, (12.9)
где
,
– удельные мощности, потребные на привод рабочих органов на холостом ходу, отнесённые соответственно к ширине захвата машины В или к номинальной пропускной способ- ности
;
– часовая производительность агрегата, га/ч (т/ч).
12.1.4 Энергозатраты на технологический процесс (Етп) в зависимости от мощности, затраченной на взаимодействие рабочих органов машин с объектом обработки (переработки), можно выразить формулами:
, (12.10)
(12.11)
где
,
– удельные затраты мощности на технологические процессы, отнесённые соответственно к ширине захвата В или к номинальной пропускной способности
.
Значения энергозатрат на холостой ход рабочих органов машин Ехх и на технологический процесс Етп приведены в таблицах 12.1 и 12.2.
Таблица 12.1 – Средние значения удельной мощности, потребляемой на привод рабочих органов
Наименование машин
| Параметр
|
, кВт/м
| , кВт/м
|
Косилки сегментно-пальцевые
| 1,7
| 1,0
|
Косилки ротационно-дисковые
| 1,6
| 1,3
|
Валковые жатки
| 1,4
| 1,5
|
Пресс-подборщики
| 5,8
| 2,2
|
Комбайны картофелеуборочные
| 12,5
| 9,3
|
Комбайны силосоуборочные
| 2,1
| 1,5
|
Таблица 12.2 – Средние значения удельной мощности, потребной на технологический процесс переработки объекта
Наименование машин
| Параметр
|
, кВт (кг/с)-1
| ,кВт (кг/с)-1
|
Комбайны зерноуборочные
| 2,7 (2,8)
| 7,6
|
Комбайны кормоуборочные
| 3,2
| 8,2
|
Косилки самоходные
| 3,0
| 8,0
|
Зерноочистительные машины
| 2,4
| 3,1
|
Зерносушилки
| 4,2
| 3,3 МДж на 1 т испарённой влаги
|
Для почвообрабатывающих и других машин без привода рабочих органов от ВОМ трактора (плуги, бороны, лущильники, культиваторы и др.) Nхх=0. Тогда расчет проводится по затратам энергии на технологический процесс.
При вспашке 1 га поля на глубину “а” при ширине захвата плуга “В” энергозатраты на технологический процесс равны
(12.12)
а при бороновании, лущении, посеве, культивации и др. процессах
, (12.13)
где К1, К2 – удельные сопротивления соответственно плугов, кН/м2, борон, лущильников, сеялок, культиваторов и др. машин, кН/м.
Значения удельных сопротивлений приведены в приложении 13.
Энергозатраты на перекатывание и на рабочий процесс агрегата от расходуемого топлива на 1 га обработанного поля или на 1 т полученной продукции можно определить по формулам:
, (12.14)
, (12.15)
где gт – энергосодержание (низшая теплота сгорания) топлива (таблица 12.3);
αтд – затраты энергии на производство, доставку и хранение топлива (энергетический эквивалент: для дизельного топлива αтд =10,0 МДж; для автомобильного бензина αтд =10,5 МДж);
Нг, Нт – нормы расхода топлива соответственно на 1 га обработанного поля и на 1т получаемой или израсходованной продукции [2].
Таблица 12.3 – Теплота сгорания топлива [18]
Топливо
| Теплота сгорания
|
Ккал/кг
| МДж/кг
|
Автомобильный бензин
|
| 43,96
|
Авиационный бензин
|
| 44,80
|
Дизельное топливо
|
| 42,71
|
Этиловый спирт
|
| 25,96
|
При этом методе расчёта показатели энергозатрат при проектных работах получаются менее достоверными.
12.1.5 Овеществленные энергетические затраты. К овеществленным энергозатратам Е0 относят консерванты зерна и кормов, удобрения, ядохимикаты и другие добавки. Энергию, овеществленную в них, включают в энергозатраты на процессы обработки, уборки и хранения сельскохозяйственных культур.
Величину этой энергии определяют по формулам
, (12.16)
(12.17)
где
– энергетические эквиваленты внесённых веществ, МДж/кг;
– норма внесения вещества, кг/га;
– норма внесения вещества, кг/т.
Энергетические эквиваленты веществ, применяемых минеральных удобрений для консервирования кормов,
14 МДж/кг при m0 = 0,25…0,35% от массы вещества.
12.1.6 Энергозатраты живого труда. Трактористы, комбайнеры, водители, сушильщики, вспомогательные рабочие и др. затрачивают энергию Еж , которую можно определить по формуле
(12.18)
где
– энергетические затраты живого труда соответственно основными (трактористы, комбайнеры, водители) и вспомогательными (сеяльщики, грузчики) исполнителями, МДж/ч;
Wч – часовая производительности агрегата, га/ч, т/ч;
– число часов работы соответственно основных и вспомогательных исполнителей;
– коэффициент использования рабочего времени смены.
По нормам ФАО (продовольственная сельскохозяйственная организация ООН) эквивалент
= 1,26 и
= 1,09 МДж/ч. Более легкую работу, чем указанная для nв, оценивают энергетическим эквивалентом
= 0,6…0,9, а более тяжёлую в сравнении с указанной для nв -
= 1,86…2,50 МДж/ч.
12.1.7 Затраты энергии на производство и обслуживание машин и оборудования. Тракторы, комбайны, рабочие машины, вспомогательные средства включают энергию (энергоёмкость), затраченную на их производство, ремонт и техническое обслуживание. Часть этой энергии переносится в совокупные энергозатраты, определяемые по формуле
, (12.19)
где αм – энергетический эквивалент, определяющий затраты энергии на производство 1 кг массы машины, МДж/кг;
mм – конструктивная масса машин, кг [20];
aa, ар – доли отчислений от полных энергозатрат соответственно на производство, ремонт и обслуживание машин (приложения 4 и 6);
Т – нормы годовой загрузки машин, ч (приложение 5);
Wч – часовая производительность, га/ч, т/ч [9].
Для тракторов, самоходных комбайнов и автомобилей энергетический коэффициент αм принимают равным 120, а для прицепных и навесных машин αм=104 МДж/кг.
Энергозатраты Ем на перевозку автомобилями грузов массой mг на расстоянии L определяют по формуле
(12.20)
Нормы отчислений для автомобилей грузоподъемностью 2 т и более составляют аа = 3·10-6 1/км, ар =2·10-6 1/км.