Повышение энергоэффективности процесса финишной очистки зерна пшеницы путем внедрения интеллектуальных систем фотосепарации для учхоза СПбГАУ

Содержание

Введение

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ФИНИШНОЙ ОЧИСТКИ ЗЕРНА ПШЕНИЦЫ

1.1. Значение послеуборочной обработки зерна пшеницы в современном сельскохозяйственном производстве

1.2. Анализ нормативно-правовой базы электрификации сельского хозяйства и требований к качеству семенного материала пшеницы по ГОСТ Р

1.3. Анализ существующей линии послеуборочной обработки зерна в учхозе СПбГАУ

1.4. Недостатки традиционных способов финишной очистки зерна

1.5. Обоснование применения фотосепарации в составе линии послеуборочной обработки зерна

1.6. Принципы функционирования интеллектуальных систем технического зрения в агроинженерных решениях

1.7. Патентно-информационный поиск по теме исследования

1.8. Патентный поиск по решениям в области фотосепарации зерна

1.9. Патентный поиск по решениям в области ИК-конвективной сушки зерна

1.10. Патентный поиск по решениям в области интеллектуального сопровождения технологических линий

Глава 2. РАЗРАБОТКА ИННОВАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО МОДЕРНИЗАЦИИ ЛИНИИ ФИНИШНОЙ ОЧИСТКИ ЗЕРНА

2.1. Общая характеристика модернизируемой технологической линии

2.2. Обоснование модернизации сушильного участка

2.3. Анализ существующей карусельной сушилки СКУ-10

2.4. Обоснование необходимости перехода к ИК-конвективной сушке

2.5. Обоснование выбора сушильной установки для модернизированной линии

2.6. Расчёт ИК-конвективной сушильной установки для зерна пшеницы

2.7. Исходные данные для расчёта сушильной установки

2.8. Определение количества удаляемой влаги

2.9. Определение тепловой мощности на испарение влаги

2.10. Определение тепловой мощности на нагрев зерна

2.11. Определение полной расчётной мощности сушильной установки

2.12. Определение площади активной зоны ИК-облучения

2.13. Выбор мощности и количества ИК-панелей

2.14. Определение схемы размещения ИК-панелей

2.15. Определение установленной электрической мощности сушильного участка

2.16. Определение удельного расхода электроэнергии на сушку зерна

2.17. Интеллектуальная фотосепарация как основа повышения энергоэффективности финишной очистки зерна

2.18. Недостатки существующей схемы финишной очистки зерна

2.19. Обоснование применения фотосепарации на завершающей стадии обработки

2.20. Принцип действия и технологические возможности интеллектуальной фотосепарации

2.21. Расчёт технологических и энергетических параметров участка фотосепарации

2.22. Требования к фотосепаратору и обоснование выбора модели CSort SmartSort C1

2.23. Пневматическое обеспечение работы фотосепаратора и выбор компрессорной установки

2.24. Выводы по разделу

2.25. Разработка единой интеллектуальной системы сопровождения технологической линии

2.26. Обоснование интеграции участков сушки, фотосепарации и хранения в единую технологическую систему

Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТЫ ЛИНИИ

3.1. Разработка системы освещения производственного участка

3.2. Электротехническая часть расчёта системы освещения

3.3. Разработка системы электроснабжения модернизированной линии

3.4. Разработка пневматической системы участка фотосепарации

3.5. Разработка системы контроля параметров хранения зерна

Глава 4. ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

4.1. Анализ опасных и вредных факторов на участке послеуборочной обработки зерна

4.2. Требования электробезопасности при эксплуатации фотосепаратора, сушильной установки и компрессорной станции

4.3. Расчёт заземляющего устройства

4.4. Выбор устройств защитного отключения и автоматической защиты

4.5. Меры по обеспечению пожарной безопасности на зерноочистительном участке

4.6. Требования к эксплуатации шкафов управления, кабельных линий и осветительных сетей

Глава 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

5.1. Капитальные вложения в модернизацию технологической линии

5.2. Определение экономической эффективности внедрения ИК-конвективной сушильной установки

5.3. Определение экономической эффективности внедрения фотосепаратора

5.4. Определение экономической эффективности внедрения интеллектуальной системы сопровождения

5.5. Определение совокупного экономического эффекта модернизации линии

5.6. Расчёт срока окупаемости проекта

Заключение

Список использованной литературы

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Тема: Повышение энергоэффективности процесса финишной очистки зерна пшеницы путем внедрения интеллектуальных систем фотосепарации для учхоза СПбГАУ

Направление: СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО И СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ

Специальность: 35.02.08 Электрификация и автоматизация сельского хозяйства

ВВЕДЕНИЕ

Современное состояние агропромышленного комплекса Российской Федерации характеризуется устойчивым курсом на модернизацию технологических процессов послеуборочной обработки зерна, что обусловлено стратегическими задачами обеспечения продовольственной безопасности страны и повышения конкурентоспособности отечественной продукции на мировом рынке. Зерновое хозяйство, являясь базовым сегментом аграрного сектора, требует внедрения высокотехнологичных решений, направленных на снижение потерь, улучшение качественных характеристик семенного и продовольственного зерна, а также на оптимизацию энергозатрат на единицу продукции [1, c. 15]. Послеуборочная обработка зерна пшеницы, включающая в себя операции сушки, очистки и финишной сепарации, остается одним из наиболее энергоемких звеньев технологической цепи, что предопределяет актуальность поиска инновационных инженерных решений в области электрификации и автоматизации данных процессов.

Актуальность темы настоящей выпускной квалификационной работы обусловлена несколькими взаимосвязанными факторами. Во-первых, традиционные технологии финишной очистки зерна, базирующиеся на механических методах сепарации (решетные, пневматические, триерные системы), характеризуются относительно невысокой селективностью разделения и значительными удельными энергозатратами, что особенно критично для учебно-опытных хозяйств аграрных университетов, где экономическая целесообразность технологических решений напрямую влияет на финансовую устойчивость производственной базы [3, c. 42]. Во-вторых, ужесточение требований к качеству семенного материала пшеницы, закрепленных в ГОСТ Р 52325-2005 и других нормативных документах, требует обеспечения высокой чистоты семян при минимальном травмировании зерновок, что достижимо только при использовании современных интеллектуальных систем сепарации, способных распознавать и удалять дефектные фракции на уровне отдельных зерен [5, c. 78]. В-третьих, нарастающая тенденция к цифровизации сельскохозяйственного производства, закрепленная в государственной программе развития сельского хозяйства на 2023-2030 годы, создает благоприятные условия для внедрения интеллектуальных систем технического зрения и автоматизированного управления технологическими линиями, что способствует повышению общей энергоэффективности производства и снижению доли ручного труда [2, c. 23].

Степень разработанности проблемы энергоэффективности послеуборочной обработки зерна в отечественной научной литературе является достаточно высокой. Фундаментальные исследования в области теории и практики сушки зерна проведены сотрудниками ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ», результаты которых нашли отражение в многочисленных публикациях, монографиях и нормативно-методических документах [7, c. 112]. Вопросы сепарации зерновых материалов, включая анализ эффективности различных типов зерноочистительных машин и технологических линий, детально освещены в работах ученых РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, СПбГАУ, Кубанского государственного аграрного университета [10, c. 55]. Вместе с тем, несмотря на активное развитие направления цифровизации агропромышленного комплекса, публикации, посвященные внедрению интеллектуальных систем фотосепарации в технологические линии послеуборочной обработки зерна, носят преимущественно обзорный характер и не содержат детальных инженерных расчетов, адаптированных к условиям конкретных сельскохозяйственных предприятий [12, c. 89]. Особенно малоизученными остаются вопросы интеграции фотосепараторов с участками сушки, хранения и автоматизированными системами управления технологическими процессами в рамках единой интеллектуальной платформы, что определяет научную новизну настоящей работы.

Цель выпускной квалификационной работы заключается в разработке комплекса электротехнических и технологических решений по повышению энергоэффективности процесса финишной очистки зерна пшеницы путем внедрения интеллектуальной системы фотосепарации в технологическую линию послеуборочной обработки учхоза СПбГАУ, обеспечивающих снижение удельных энергозатрат и улучшение качественных показателей семенного материала.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• провести анализ существующей технологической линии послеуборочной обработки зерна в учхозе СПбГАУ, выявить узкие места и обосновать направления модернизации;
• выполнить патентно-информационный поиск по направлениям фотосепарации зерна, ИК-конвективной сушки и интеллектуального сопровождения технологических линий;
• разработать технологические и электротехнические решения по модернизации участка сушки зерна с переходом на ИК-конвективную технологию и выполнить расчет основных параметров сушильной установки;
• обосновать выбор интеллектуального фотосепаратора, рассчитать технологические и энергетические параметры участка фотосепарации, разработать схему пневматического обеспечения работы оборудования;
• разработать единую интеллектуальную систему сопровождения технологической линии, обеспечивающую интеграцию участков сушки, фотосепарации и хранения в автоматизированный комплекс;
• выполнить технико-экономическое обоснование проекта модернизации и определить срок окупаемости капитальных вложений.

Объектом исследования является технологическая линия послеуборочной обработки зерна пшеницы учхоза Санкт-Петербургского государственного аграрного университета, включающая участки приемки, очистки, сушки и хранения зерна.

Предметом исследования выступают энергетические, технологические и качественные параметры процесса финишной очистки зерна пшеницы при использовании интеллектуальных систем фотосепарации в комплексе с модернизированным сушильным

…